Evaluation of the influence of a three-dimensional collagen matrix on the morphology, motile activity and electrotaxis of rat WC256 carcinosarcoma cells presenting different strategies of migration

Żywe komórki mogą aktywnie migrować w sposób spontaniczny lub ukierunkowany pod wpływem konkretnego bodźca. Pole elektryczne jest czynnikiem modulującym aktywność ruchową komórek, zwłaszcza kierunkowość ich migracji, zarówno w dwuwymiarowych jak i trójwymiarowych układach badawczych. Zastosowanie układów 3D podczas badań migracji umożliwia jednak lepsze odwzorowanie środowiska fizjologicznego dla komórek.W niniejszej pracy dokonano oceny wpływu trójwymiarowej macierzy kolagenowej na morfologię, aktywność ruchową oraz elektrotaksję dwóch sublinii komórek WC256 (BC i LC), które w układach 2D różnią się morfologią oraz wykorzystują odmienne strategie migracji (kolejno ameboidalną z wytwarzaniem blebów i mezenchymalną). Uzyskane wyniki wykazały, że migracja spontaniczna komórek sublinii BC w żelu kolagenowym była istotnie wolniejsza niż na sztywnym podłożu, ale wciąż efektywna, natomiast komórki sublinii LC traciły polaryzację i migrowały spontanicznie jedynie w znikomym stopniu. Zastosowanie bodźca kierunkowego, jakim było pole elektryczne o różnych natężeniach, wywoływało silną i kierunkową reakcję komórek obu sublinii w stronę katody, niezależnie od zastosowanego rodzaju układu - 2D lub 3D. Dodatkowo bodziec ten pobudzał komórki LC do szybszej, lecz jednocześnie chaotycznej migracji w macierzy kolagenowej, co może wskazywać na zajście przejścia mezenchymalno-ameboidalnego. Modyfikacja stężenia kolagenu nie wpłynęła w oczywisty sposób na morfologię komórek żadnej sublinii, chociaż w żelach o stężeniach 1,5-2 mg/ml były one najbardziej aktywne migracyjnie. W krótkim czasie od wysiania różnice między subliniami nie były znaczące, wszystkie komórki charakteryzowały się jednorodną powierzchnią i zaokrąglonym kształtem. Natomiast po upływie doby komórki LC zaczynały wykształcać liczne wypustki cytoszkieletu i rozpościerać się na włóknach kolagenowych, co może wskazywać na ich silniejsze interakcje z macierzą.Podsumowując, w pracy wykazano, że komórki obu sublinii w macierzy trójwymiarowej są do siebie znacznie bardziej podobne niż w układach dwuwymiarowych, jednak każda z sublinii zachowuje część swoich charakterystycznych cech dotyczących strategii migracji. Niezależnie od zastosowanego układu, oba typy komórek prezentują jednak wyraźną elektrotaksję w kierunku katody.

Living cells can actively migrate either spontaneously or in a directed manner under the influence of a specific stimulus. The electric field is a factor that modulates the motile activity of cells and the direction of their movement, both in standard two-dimensional and three-dimensional experimental systems. However, the use of 3D systems can more accurately reflect the physiological environment of migrating cells. In this thesis, the impact of a three-dimensional collagen matrix on the morphology, motile activity and electrotaxis of two sublines of WC256 cells (BC and LC) was assessed. These sublines in 2D systems differ in morphology and use different migration strategies (blebbing and mesenchymal, respectively). The results obtained showed that the spontaneous migration of the BC subline cells in the collagen gel was significantly slower than on the rigid substratum but remained effective. In contrast, the LC subline cells lost their polarization and exhibited only negligible spontaneous migration. The application of a directional stimulus – an electric field of various intensities - caused a strong and directional reaction of both cell types towards the cathode, regardless of the type of system used (2D or 3D). Additionally, the electric field stimulated LC cells to exhibit more efficient, although chaotic, migration in the collagen matrix, which may indicate the mesenchymal-amoeboid transition. Modification of collagen concentration did not clearly affect the cell morphology of either subline. However, in gels with concentrations of 1.5-2 mg/ml the cells showed increased motile activity. In the short time after seeding, the differences between the sublines were not significant. All cells were characterized by a homogeneous surface and a rounded shape. However, after 24 hours, LC cells began to develop numerous cytoskeleton protrusions and spread on collagen fibers, which may indicate their stronger interaction with the matrix. To sum up, the work showed that the cells of both sublines in a three-dimensional matrix are much more similar to each other than in two-dimensional systems, but each of the sublines retains some of its characteristic features in terms of migration strategy. Irrespective of the system used, both cell types exhibited robust cathodal electrotaxis.