Summary
이 비디오에서는, 우리는 세포의 수축성 modulations을 평가하기 microfabricated 게시 배열 검출기를 (mPADs) 조작하고 활용하는 방법을 보여줍니다.
Abstract
이 비디오에서는, 우리는 게시물 microfabricated 배열을 사용하는 셀룰러 견인 세력을 측정하는 접근을 제시합니다. 견인 세력은 마이 오신 - 굴지의 상호 작용을 통해 생성 및 생리학에 중요한 역할을하고 있습니다. 개발하는 동안, 그들은 세포 조직의 초기 구조를 형성 한 위치에서 순서대로 다음으로 이동할 수 있습니다. 견인 세력은 치유 과정에 도움이됩니다. 그들은 상처의 적절한 폐쇄 또는 신체를 통해 마이 그 레이션 및 leukocytes의 크롤 링을 위해 필요합니다. 이 같은 군대는 암 전이 또는 종양으로 혈관 성장의 경우 우리의 건강에 해로운 수 있습니다. 체외에서 세포를 공부하는 가장 일반적인 방법은 유리 또는 폴리스티렌 접시를 사용하도록되었습니다. 그러나 기판의 강성은 불가능 물리적 셀 견인 세력을 측정하게하고, 견인 세력을 연구하기 위해 상대적으로 몇 가지 방법이 있습니다. 우리 연구실은 이러한 한계를 극복하기 위해 기술을 개발했습니다. 방법은 각 세포가 여러 cantilevers 전역과 그 과정에서 그들을 비켜 이러한되어있는 유연한 cantilevers, 강성과 크기 규모의 수직 배열을 기반으로합니다. 우리가 사용하는 기둥은 10 μm의 높이 직경 3 μm의, 있으며, 9 μm의 중심 - 투 - 중심 간격과 일반 배열에 구성됩니다. 하지만 이러한 물리적 치수는 쉽게 연구의 다양한 수용 다양한 수 있습니다. 우리는 실리콘 마스터로 시작하지만, 최종 게시물은 실리콘 고무 (디메틸 실록산) 폴리, 또는 PDMS라는 밖으로 만들어집니다. 우리는 현미경 deflections을 측정하고 관찰 deflections를 생성하는 데 필요한 견인 세력의 크기와 방향을 계산할 수 있습니다. 우리는이 기판은 이후 배열 탐지기, 또는 mPADs을 microfabricated 전화. 여기, 우리는 세포의 수축성 modulations을 평가할 수 mPADs를 조작하고 사용하는 방법을 보여줍니다.
Protocol
실리콘 마스터 몰드 제작
리소그래피
자료 :
- 75mm 실리콘 웨이퍼
- SU - 8 2 마이너스 포토 레지스트 (Microchem, 보스톤, MA)
- N2
방법 :
- 2 시간 동안 120 ° C에서시 웨이퍼를 탈수.
- 7분에 대한 UV 오존 처리의 표면은 유기물을 제거합니다.
- N2 블로우 표면은 입자를 제거합니다.
- 적용 SU - 8을 표면의 70 % (75mm 웨이퍼를위한 ~ 10 ML) 커버 2.
- 300 RPM / s의 가속도와 함께 20 초 동안 2,000 rpm으로 회전.
- 95 ° C.에 실온에서 열판과 진입로에있는 웨이퍼 플레이스
- 95 15 분 동안 포토 레지스트를 Softbake ° C.
- 홍수가 20 웨이퍼를 노출 - 25 mJ/cm2 복용량을 365 nm의 (I - 라인) 하단에 레이어를 형성합니다.
- 적용 SU를 8초 포토 레지스트 레이어 2.
- 약 11 μm의 두께 필름 300 RPM / s의 가속도와 함께 20 초 동안 550 rpm으로 회전.
- 65 ° C.에 실온에서 열판과 진입로에있는 웨이퍼 플레이스
- ° C 5 분 65 웨이퍼를 Softbake.
- 65에서 열판 램프 ° C 95 ° C.
- 95에서 55분 위해 웨이퍼를 Softbake ° C.
- 20 분 상온에 쿨 웨이퍼.
- 웨이퍼에 mPAD 마스크를 정렬 및 95에 대한 노출 - (I - 라인) 365 nm의 100 mJ/cm2 복용량.
- 95 ° C.에 실온에서 열판과 진입로에있는 웨이퍼 플레이스
- 포스트 - 노출 95 25 분 동안 포토 레지스트를 구워 ° C.
개발
자료 :
- 100mm 유리 요리 (5)
- 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트 (PGMEA)
- 이소프로판올 (IPA)
- N2
방법 :
- 화학 후드에서 PGMEA (2), IPA, 그리고 헥산 (2) 5 개 요리를 입력합니다.
- 10 초 첫번째 PGMEA에서 웨이퍼를 개최
- 50 초만 웨이퍼 선동
- PGMEA의 초승달 모양과 둘째 PGMEA에 웨이퍼를 전송합니다.
- 5 초 동안 선동.
- PGMEA의 초승달 모양과 IPA에 웨이퍼를 전송합니다.
- 20 초 동안 선동.
- 첫째 IPA에 웨이퍼를 전송합니다.
- 5 초 동안 선동.
- 둘째 IPA에 웨이퍼를 전송합니다.
- 5 초 동안 선동.
- 신속 IPA의 초승달 모양과 둘째 IPA에서 웨이퍼를 제거하고 N2와 건조
- 패턴을 검사합니다.
- 120 ° C 14~20시간시키기위한 상호 연결 SU - 8에서 편도를 넣은 설탕 과자 웨이퍼.
- 다이아몬드 커터로 웨이퍼를 다이스
- 에폭시를 사용하여 유리 슬라이드에 웨이퍼 마운트
- (복제 성형의 지침을 참조) 웨이퍼를 Fluorosilanize
mPADS의 복제 성형
마이너스 몰드
자료 :
- 보트 무게 일회용 알루미늄
- Polydimethylsiloxane (PDMS) 기본 및 치료 에이전트 (다우, 미들랜드, MI)
- Razorblade
- 실란 (tridecafluoro - 1 ,1,2,2 - tetrahyrooctyl) - 1 - trichlorosilane
- 유리 슬라이드
- 유리 파스퇴르 피펫
방법 :
- 거품을 제거하는 1 시간 진공 미만의 무게와 데가스하여 PDMS 10시 1분를 섞습니다.
- 알루미늄 보트에 넣어 실리콘 마스터 금형.
- 50 붓고 - 알루미늄 보트 마스터 몰드를 통해 PDMS의 60g 있습니다.
- 거품을 제거하는 30 분 진공하에 데가스.
- N2의 빠른 폭발과 PDMS의 표면 갇힌 기포를 날려.
- 110 대류 오븐에 넣어 보트는 ° C 15 분 동안 PDMS는 기업 때까지.
- 알루미늄 보트를 버려야.
- razorblade로 실리콘 마스터 아래 PDMS 멀리 트림.
- 멀리 실리콘 마스터에서 필 PDMS는 천천히 한 방향으로 지속적인 운동과 함께 마스터를 파괴하지 않도록합니다.
- 손해에 대한 실리콘 마스터를 검사합니다.
- 네 조각으로 부정적인 금형 컷.
- 부정적인 금형의 대규모 배치에 대한 1-10 단계를 반복합니다.
- 산소 플라즈마 표면을 활성화 1.5 분 동안 부정적인 금형을 치료하거나,
- 오존은 표면을 활성화하기 위해 10 분 동안 부정적인 금형을 처리합니다.
- 노출 mPAD 기능 dessicator에 부정적인 금형을 놓으십시오.
- dessicator의 중심에 유리 슬라이드에 실란의 250-500 μL을 확산
- dessicator 안쪽 끝에서 실란의 150-200 μL와 플레이스 유리 파스투레 피펫.
- 진공 챔버> 14 시간 동안 실란 및 외투 부정적인 금형을 증발합니다.
mPADS
자료 :
- Polydimethylsiloxane (PDMS) 기본 및 치료 에이전트 (다우, 미들랜드, MI)
- 와이드 - 입 일회용 전송 pipettes
- 2 "X 3"유리 슬라이드
- 유리 스크 라이브
- N2
방법 :
- 거품을 제거하는 1 시간 진공 미만의 무게와 데가스하여 PDMS 10시 1분를 섞습니다.
- '교차'에 silanized 부정적인 금형을 레이스
- 피펫 PDMS은 부정적인 금형에 기능이 완전히 1mm 두께로 덮여되도록.
- 표면에 상승하는 PDMS에 공기 방울 30 분 동안 기다리십시오. </ 리>
- N2의 흐름 30 '다운 타임에, 먼지 22x22mm (제 2) 유리 coverslips.
- 산소 플라즈마 처리 유리 슬라이드 유리를 청소하고 활성화 1.5 분 반쪽
- N2의 빠른 폭발과 PDMS의 표면 갇힌 기포를 날려.
- 부드럽게 PDMS 직면 플라즈마 청소 면을 PDMS에 유리 coverslip의 가장자리를하다. 천천히 유리 슬라이드를 낮출 수 있도록 PDMS 완전히는 연락처 전체 유리 표면을 것을하고 유리 슬라이드 아래에 갇혀 점점 공기 방울을 피하십시오.
- 장소는 20 시간 동안 ° C가 완전히 치료 110 대류 오븐에서 금형을 조립.
- 오븐에서 금형을 제거하고 RT에이 식지.
- 한 위에 손을 천천히 부정 벗겨 버릴 mPAD 발표 바닥에서 부정적인 금형과 유리 슬라이드를 잡아.
- 붕괴 게시물에 대한 현미경 mPAD을 검사합니다.
- 플라즈마와 실란 매 4 주물을 통해 다시 silanize 곰팡이. 좋은 복제에 대한 부정적인 금형 수명은 약 60-20 캐스트입니다.
mPADS에 심는 세포
스탬핑
자료 :
- uCP에 대한 PDMS 스탬프 (조직 공학의 방법에 티엔, J & 첸, CS, 2001 논문집, pp 113-120을 참조하십시오.)
- 에탄올 (100 % 및 70 %)
- 살균 탈이온수
- 무균 탈이온수 50 UG / ML 인간 Fibronectin (BD Biosciences)
- 5 UG / ML DiI 솔루션은 0.2 μm의 막 (D - 3886, 분자 프로브, OR)와 필터링
- 2퍼센트 Pluronics F127 (BASF, 마운트 올리브, NJ)
- 1X 인산 버퍼 솔루션입니다.
- 100mm X 25mm 페트리 접시 (4)
- 150mm X 25mm 페트리 접시 (2)
- 알루미늄 호일
- N2
- 족집게
- 무균 후드
방법 :
- mPADs에서 트림 초과 PDMS
- PDMS 스탬프는 이전에 다음 ID로 사용되고있다면, 오염 단백질을 멀리 스크럽 5 분 100 % 에탄올에 우표를 sonicate.
- 무균 모자, 신선한 100 %의 에탄올과 멸균 물의 우표를 수영 후 핀셋과 N2와 건조 자신의 양쪽에 우표를 개최
- 측면을 작업과 함께 150mm 배양 접시에 놓습니다.
- 나누어지는 각 우표에 fibronectin 솔루션 방울. 다음 우표의 각 모서리, 가장자리, 그리고 마지막으로 내부 지역과 함께 시작합니다. 우표의 처음 PDMS의 표면은 소수성이지만, 단백질이 adsorbed와 같이 친수성이된다. 작업 "으로 외부 내부"변경 fibronectin 솔루션의 낮은 볼륨을 완전히 코팅 도장을 필요되도록 PDMS의 접촉 각도.
- 단백질 흡착을위한 후드 1 시간 동안 앉아 보자.
- 접시에 쏟아져 및 수위는 우표를 통해 상승시키는 의해 DI 워터와 함께 우표를 씻으십시오.
- DI 워터 가득 100mm 배양 접시에있는 우표를 씻으십시오.
- 제거하고 N2와 건조.
- 오존 처리의 mPADS 7 분 동안 스탬프에 대한 표면을 활성화합니다.
- 후드에서 mPAD에 스탬프 우위를 넣어 부드럽게 모든 연락처를 만들기 위해 낮추어 mPADS를 도장. 살짝 모든 분야 좋은 접촉을 보장하기 위해 족집게로 우표 상단 탭하지만 게시물을 붕괴하지 않도록주의합니다.
- 조심스럽게 핀셋와 우표를 제거합니다.
- ~ 15 초 동안 100 % 에탄올로 100mm 배양 접시에있는 잠수함의 mPADS. 요리 사이에 빠르게 전송하여 전송 중에 dewetting에서 microneedles 보관하십시오.
- ~ 15 초 동안 70 %의 에탄올과 100mm 배양 접시에있는 잠수함의 mPADS.
- ~ 15 초 동안 DI 워터와 함께 100mm 배양 접시에있는 잠수함의 mPADS.
- ~ 15 초 동안 DI 워터와 두번째 100mm 배양 접시에있는 잠수함의 mPADS.
- DI 워터와 함께 150mm 배양 접시에있는 잠수함의 mPADS.
- DiI 솔루션의 100 ML와 150mm 배양 접시에있는 잠수함의 mPADS.
- 알루미늄 호일로 뚜껑을 덮고 1 시간 만끽해보세요.
- ~ 15 초 동안 DI 워터와 함께 100mm 배양 접시에있는 잠수함의 mPADS.
- 2 % Pluronics 10 ML 및 0.2 % Pluronics 총 농도에 대한 PBS의 90 ML과 150mm 배양 접시에있는 잠수함의 mPADS.
- 커버 1 시간 동안 만끽해보세요.
- ~ 15 초 동안 DI 워터와 함께 100mm 배양 접시에있는 잠수함의 mPADS.
- ~ 15 초 동안 DI 워터와 두번째 100mm 배양 접시에있는 잠수함의 mPADS.
- ~ 15 초 동안 PBS하게 제 3 100mm 배양 접시에있는 잠수함의 mPADS.
시딩
자료 :
- 선택한 셀 라인
- 트립신 - EDTA (에틸렌 다이아 민 테트라 초산) (EDTA (에틸렌 다이아 민 테트라 초산) • 4Na, Gibco 고양이와 0.25 %의 트립신. 번호 25200-056)
- 성장 매체
- 1X 인산 버퍼 솔루션입니다.
방법 :
- 무균 후드, 100mm 배양 접시에있는 장소 mPADS 및 17 ML 매체로 기입하십시오.
- 인큐베이터에 넣어 배양 접시 37을 따뜻하게 ° C
- 트립신을 통해 세포를 일시 중지
- 셀 클러스터를 깨고 반복 대기음.
- mPADS와 페트리 접시에 Pipet 세포 현탁액. 그들이 분석의 시간에 하나의 세포 (세포 세포 접촉없이) 상태로 유지됩니다 이러한 세포를 추가합니다. 추가 세포의 정확한 양은 셀 타입의 특정하고세포 확산 영역과 성장 속도에 따라 다릅니다.
- 부드럽게 천천히 pippetting와 배양 접시에있는 세포를 해산.
- 인큐베이터에 넣어 2 시간 동안 세포가 microneedles에 정착하고 준수하도록.
- 세포가 확산있다면 볼 수 mPADS을 검사합니다. 세포는 평평 보이는 여섯 개 이상의 게시물을 걸쳐 것입니다.
- 세포가 확산있다면, 신선한 중간 21 ML 새로운 100mm 페트리 접시에 mPADS를 전송할 수 있습니다.
- mPADS는 실험을위한 준비가되어 있습니다.
mPADS 스테 이닝 및 장착
고정
자료 :
- 탈이온수
- Paraformeldahyde (16 %) 유리병
- 10X 프로스 페이트 버퍼 솔루션입니다.
- 1X 인산 버퍼 솔루션입니다.
방법 :
- 50mL 원심 분리기 튜브에서 DI 30 ML, paraformeldahyde 10 ML (전체 유리병) 및 고정 솔루션 10X PBS 4.5 ML를 추가합니다.
- 100mm 페트리 접시에 솔루션을 고칠 수있는 ~ 25 ML을 추가합니다.
- 부드럽게 잠수함은 접시를 고정으로 전지와 mPAD 20 분 동안 품어하자.
- 1X PBS로 100mm 그릇에 세 번 잠수함의 mPADS.
- immunostaining 및 장착을위한 준비.
mPADS에 세포 힘을 분석
공촛점 이미징
자료 :
- 공촛점 현미경
- 63X 목표
- 차 항체에 대한 필터 큐브
- microneedles의 DiI 이미징을위한 그린 필터 큐브 (Rhodamine).
방법 :
- 플레이스 무대에서 mPADs 및 300 MS 노출, 안돼 비닝 단일 세포를 찾으십시오.
- TOP 이미지 microneedles의 이미지 꼭대기.
- Z - 제어 기록을 사용하여, 하단 이미지 microneedles의 이미지를 캡처합니다.
- 이미지가에 얼룩을 (Hoechst, phalloidin 등)이 다른 채널을
이미지 분석
자료 :
- 이미지 처리 도구와 MATLAB
방법 :
- 상단과 하단 이미지를 회전하여 등록
- 측정 하단의 centroids (undeflected)과 최고 (편향) 위치
- 변위를 계산
- 게시물 (알려진 게시물 기하학에 따라)에 대한 지속적인 스프링을 사용하여 각 게시물에 힘을 벡터를 계산
- 오류 분석은 군대를 해결하는 능력에 기반하고 이미지 해상도와 중심 감지 해상도에 따라 달라집니다입니다
- 다른 조건 등에 걸쳐 예를 들어, 힘 magnitudes 및 / 또는 방향, 시간 과정으로, 많은 측정 - 사용자 정의 필요에 따라 같은 데이터를 정렬
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References
- Tan, J. L., Tien, J., Pirone, D., Gray, D. S., Chen, C. S. Cells lying on a bed of microneedles: An approach to isolate mechanical force. Proc Nat Acad Sci USA. 100, 1484-1489 (2003).
- Sniadecki, N. J., Chen, C. S. Microfabricated Silicone Elastomeric Post Arrays for Measuring Traction Forces of Adherent Cells. Methods in Cell Biology - Cell Mechanics. Wang, Y. L., Discher, D. E. 83, Elsevier. New York. 313-328 (2007).
- Lemmon, C. A., Sniadecki, N. J., Ruiz, S. A., Tan, J. T., Romer, L. H., Chen, C. S. Shear Force at the Cell-Matrix Interface: Enhanced Analysis For Microfabricated Post Array Detectors. Mechanics & Chemistry of Biosystems. 2, 1-16 (2005).