[论文解读] Effects of Local Concentration Gradients of Monocyte Chemoattractant Protein-1 (MCP-1) on Monocytes Adhesion and Transendothelial Migration in a Three-Dimensional (3D) In Vitro Vascular Tissue Model

Neda Ghousifam, Mohamad Eftekharjoo+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2019

Cell Adhesion Molecules Research参考文献 50被引用 4

一句话总结

本研究在模拟血管内皮下细胞外基质（ECM）的3D体外血管组织模型中，研究单核细胞黏附及跨内皮迁移，与2D Transwell模型进行比较。结果表明，MCP-1在3D ECM中形成具有生理相关性的浓度梯度，显著增强单核细胞黏附及跨内皮迁移，相较于2D系统，凸显了3D微环境结构在炎症细胞募集中的关键作用。

ABSTRACT

Objective: The main objective of this study was to investigate the formation of MCP-1 concentration gradients within the subendothelial ECM and determine the effect on monocytes migration in response to inflammation. To meet this objective, monocytes migration in a 3D vascular tissue model, containing a matrix where concentration gradients may form, was compared to that in a 2D cell culture model results. Materials: The 3D vascular tissue model consists of human aortic endothelial cells (HAEC) grown on the surface of a collagen matrix. The HAEC form an endothelium and the collagen is used to mimic the subendothelial ECM. The 2D cell culture model consisted of HAEC grown on a porous membrane of a Transwell culture insert. Results: An overall greater monocytes adhesion and transendothelial migration was observed in the 3D model compared to the 2D model after 24 h stimulation. Conclusion: MCP-1 transport is different in the 3D vascular tissue model than the 2D microporous membrane model, which results in a difference in monocytes transendothelial migration between the two models. This research will provide new information about the relationship between the MCP-1 concentration gradient and monocytes transendothelial migration.

研究动机与目标

• 研究局部MCP-1浓度梯度如何在3D内皮下细胞外基质（ECM）环境中形成。
• 比较3D血管组织模型与传统2D Transwell培养系统中单核细胞黏附及跨内皮迁移的差异。
• 确定3D ECM结构对MCP-1空间分布及后续单核细胞募集的影响。
• 提供关于微环境拓扑结构如何影响炎症细胞迁移的机制性见解。
• 建立一种更符合生理状态的体外模型，用于研究血管炎症中的单核细胞募集。

提出的方法

• 使用人主动脉内皮细胞（HAEC）在I型胶原基质上构建3D体外血管组织模型，以模拟内皮下ECM。
• 以2D Transwell模型作为对照，HAEC生长于多孔膜上。
• 在两种模型中引入MCP-1，诱导趋化性梯度。
• 在24小时刺激后定量单核细胞黏附及跨内皮迁移。
• 通过比较评估两种模型在单核细胞募集效率及梯度形成方面的差异。
• 实验设计使3D与2D微环境中的细胞行为得以直接对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 MCP-1浓度梯度如何在3D内皮下细胞外基质中形成并分布？
• RQ2 与2D系统相比，3D ECM结构是否增强单核细胞黏附及跨内皮迁移？
• RQ3 3D基质的存在如何影响MCP-1的空间呈现及其趋化效能？
• RQ4 微环境背景（3D vs. 2D）在多大程度上改变单核细胞对MCP-1的募集动力学？
• RQ5 3D体外血管模型能否更好地再现传统2D模型无法模拟的单核细胞迁移生理过程？

主要发现

• 在24小时刺激后，3D血管组织模型中的单核细胞黏附显著高于2D Transwell模型。
• 与2D模型相比，3D模型中单核细胞的跨内皮迁移显著增强。
• 3D胶原基质支持在内皮下ECM中形成稳定且局部的MCP-1浓度梯度。
• 与2D系统相比，3D模型更能再现体内血管炎症的空间与机械信号。
• 3D与2D系统中MCP-1转运与分布的差异被确定为导致单核细胞募集结果分化的关键驱动因素。
• 研究结果表明，3D微环境结构通过调节趋化因子梯度形成，显著影响炎症细胞迁移。