Publication:
Effect of physical cues in the expansion and secretory functions of cells

Thumbnail Image
Authors
Rosado Galindo, Heizel M.
Embargoed Until
Advisor
Domenech, Maribella
College
College of Engineering
Department
Other
Degree Level
Ph.D.
Publisher
Date
2022-11-28
Abstract
It is well established that cells have the ability to perceive different biochemical and physical cues of their microenvironment such as soluble factors, nutrients and matrix-mediated signals, including surface chemistry, stiffness and topography. The mechanisms underlying the interactions in cell topography are not fully understood, but they can greatly influence cell proliferation, cytoskeletal organization, differentiation, and receptor signaling. Hence, the development of in vitro culture models that can recapitulate these cell-substrate interactions still is a key research topic. Scientists have employed many microfabrication techniques and materials to generate culture substrates containing topographies for cell-based assays. However, the fabrication techniques and types of material used are often costly, require highly trained staff and could produce toxic byproducts that can undermine the biological interpretation of the results. Thus, in this work we developed an array of culture surfaces on polystyrene using razor printing, sanding methods and plasma treatment to examine the impact of microscale topographies on cell behavior. The proposed technology consists of culture substrates of defined roughness, geometries, and levels of wettability on polystyrene films bound to the bottom of a culture well using double-sided medical-grade tape. Results showed that substrates with grooved micropatterns and high level of surface wettability supported enhanced secretory and immunosuppressive capacity in human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hBM- MSCs). Also, we demonstrated that surface roughness can modulate the oncogenic activity of triple-negative breast cancer (TNBC) cells by enhancing the proportion of cancer stem cells (CSC) and fundamental oncogenic signaling pathways. Overall, we validated the potential and versatility of the proposed polystyrene topographical array as an effective culture strategy to modulate cell function.

Es bien sabido que las células tienen la habilidad de percibir distintas señales físicas y bioquímicas del microambiente celular, tales como factores solubles, nutrientes y señales mediadas por la matriz extracelular que a su vez incluyen propiedades químicas, rigidez y la topografía de la superficie. Los mecanismos que gobiernan estas interacciones célula-matriz no son del todo bien conocidos, pero pueden influenciar la proliferación de las células, organización de su citoesqueleto, la diferenciación y expresión genética. Por ende, el desarrollo de modelos de cultivo in vitro que puedan recapitular estas interacciones célula-sustrato continúa siendo un tema importante de investigación. A través del tiempo los investigadores han utilizado muchos métodos de microfabricación y distintos tipos de materiales para generar sustratos de cultivo que contengan topografías para ser aplicados en ensayos de cultivo celular. Sin embargo, estas tecnologías de fabricación, así como los materiales utilizados son costosos, requieren personal altamente capacitado y pueden producir productos tóxicos que pueden minimizar los resultados y su interpretación biológica. Es por esto que en este trabajo se desarrolló un arreglo de topografías en poliestireno generadas utilizando impresión con navaja, métodos de pulido y tratamiento de plasma. La tecnología propuesta consiste de sustratos de cultivo con rugosidad y geometrías definidas, y varios niveles de humectabilidad en láminas de poliestireno que se encuentran pegadas al fondo de una fosa de un plato de cultivo celular utilizando cinta adhesiva doble-cara de grado médico. Los resultados demostraron que los sustratos con patrones de canales y altos niveles de humectabilidad aumentaron la capacidad secretoria e inmunopotencia de las células madres mesenquimales derivadas de tejido de médula ósea. Adicionalmente, nuestros resultados mostraron que la rugosidad de la superficie puede modular la actividad oncogénica de las células de cáncer de seno, subtipo triple negativo, al aumentar la proporción de células madres cancerígenas y cascadas de señalamiento que son claves en el comportamiento tumorigénico de cáncer de seno triple negativo. En general, este proyecto valida el potencial y la versatilidad del arreglo topográfico de cultivo celular propuesto como una estrategia efectiva de cultivo para modular las funciones celulares.
Keywords
Physical cues,
TNBC,
MSC,
Cell functions
Usage Rights
Except where otherwise noted, this item’s license is described as Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International
Cite
Rosado Galindo, H. M. (2022). Effect of physical cues in the expansion and secretory functions of cells [Dissertation]. Retrieved from https://hdl.handle.net/20.500.11801/2997