1. تحضير شرائح التغطية المطلية بالجيلاتين
- ضع شرائح غطاء زجاجية مغسولة بالحمض (بقطر 15 mm) في طبق (أو أطباق) بلاستيكية معقمة بحجم 100 mm. ضع من 8-9 شرائح في كل طبق وتأكد من عدم تلامسها مع بعضها البعض أو مع جوانب الطبق.
ملاحظة: يجب أن تكون أغطية الشرائح والإبر والملاقط معقمة للقضاء على الكائنات الدقيقة الملوثة المحتملة، وكذلك الذيفانات الداخلية التي ستؤثر على الوظائف الخلوية، بما في ذلك الحركة.
- قم بوزن مسحوق الجيلاتين ثم أعد تعليقه في ماء منزوع الأيونات لتحضير محلول جيلاتين بتركيز نهائي قدره 0.5 g/300 ml. بعد ذلك، يجب تعقيم محلول الجيلاتين بجهاز الأوتوكلاف.
- باستخدام الماصة، ضع 2-3 قطرات من الجيلاتين (~100-150 ml) على كل غطاء شريحة.
ملاحظة: كن حريصاً على عدم السماح للجيلاتين بلمس الطبق، وإلا فلن تتمكن من إزالة شرائح الغطاء من الطبق.
- قم بخبز شرائح الغطاء المطلية بالجيلاتين في طبق سعة 100 mm في فرن عند درجة حرارة 90 °C لمدة 10 min.
- أزل الجيلاتين الزائد عن طريق السحب اللطيف باستخدام الماصة.
- جفف شرائح الغطاء في طبق سعة 100 mm في الفرن عند درجة حرارة 70 °C لمدة 45 min.
- بمجرد الجفاف، أخرج شرائح الغطاء من طبق سعة 100 mm باستخدام إبرة وملقط معقمين وخاليين من السموم الداخلية (تُستخدم الإبرة لدفع شريحة الغطاء للأعلى برفق لتسهيل التقاطها وإزالتها بلطف بواسطة الملقط).
- ضع كل شريحة غطاء مطلية بالجيلاتين في عين منفصلة من طبق يحتوي على 24-well.
2. تحضير شرائح التغطية المطلية بالذهب الغروي
- قم بوزن كمية مناسبة من حمض الكلوروأوريك (ثلاثي هيدرات حمض رباعي كلورو الأوريك؛ HAuCl4·3H2O)، ثم أعد تعليقه في ماء منزوع الأيونات ومعقم لتحضير محلول نهائي بتركيز 14.5 mM (مادة سامة). حضّر 1.5 ml من المحلول لكل 8-9 شرائح غطاء (coverslips).
تحذير: حمض الكلوروأوريك ضار في حالة بلعه، ويسبب حروقاً جلدية شديدة وتلفاً في العين وقد يسبب تفاعلاً جلدياً تحسسياً. كما أنه سام في حالة بلعه.
- قم بوزن كمية مناسبة من سترات الصوديوم (trisodium dihydrogen 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylate; Na3C6H5O7)، ثم أعد تعليق المسحوق في ماء منزوع الأيونات لتحضير محلول نهائي بتركيز 0.5%. جهز 1 ml من المحلول لكل 8-9 غطاء شريحة.
تحذير: قد يسبب سترات الصوديوم تهيجاً في العين والجلد، كما قد يسبب تهيجاً في الجهازين التنفسي والهضمي.
- في دورق معقم وخالٍ من الذيفانات الداخلية، اخلط 1.5 ml من محلول HAuCl4 المعقم بتركيز 14.5 mM مع 13.5 ml من الماء منزوع الأيونات المعقم؛ ويجب أن ينتج عن ذلك محلول أصفر باهت. وتكفي الأحجام المذكورة لتحضير 8-9 شرائح غطاء من الذهب الغروي.
- سخن المحلول على لوح تسخين مع التحريك المستمر حتى يبدأ في الغليان.
تحذير: يجب إجراء عملية تسخين المحلول داخل خزانة استخلاص الغازات (fume hood)، حيث يمكن أن تكون الأبخرة ضارة/سامة. وتؤدي هذه الأبخرات إلى تدمير أنسجة الأغشية المخاطية والجهاز التنفسي العلوي.
- ارفع البيكر من على لوح التسخين.
- أضف 0.7 ml من محلول سترات الصوديوم بتركيز 0.5% مع الاستمرار في التقليب. تتيح الكمية المذكورة تحضير 8-9 شرائح تغطية من الذهب الغروي.
- استمر في تقليب هذا المحلول المزيج لمدة دقيقتين تقريبًا (ملاحظة: سيتغير لون المحلول تدريجيًا من الأصفر الشاحب، إلى الشفاف، ثم الرمادي، ثم الأرجواني، ثم الأرجواني الداكن، قبل أن يصل في النهاية إلى لون النبيذ الأحمر، أو يفضل لون الصدأ). هذا الناتج هو محلول الذهب الغروي الخاص بك.
- برد محلول الذهب الغروي في ماصة سعة 10 ml لمدة 1-2 min (وذلك لمنع ذوبان طبقة الجيلاتين الموجودة على شريحة التغطية عند إضافة محلول الذهب الغروي)، ثم أضف 1.0-2.0 ml من محلول الذهب الغروي على كل شريحة تغطية مطلية بالجيلاتين سبق وضعها في طبق (أطباق) يحتوي على 24 بئرًا (تعتمد كمية محلول الذهب الغروي التي تضيفها إلى الشرائح المطلية بالجيلاتين على مدى ترسب جزيئات الذهب في المحلول - انظر الملاحظات أدناه).
ملاحظة: نظرًا لاحتمال وجود تفاوتات في كفاءة ترسيب جزيئات الذهب، يُنصح أولاً بإضافة 0.5-1 ml من محلول الذهب الغروي إلى شرائح التغطية المطلية بالجيلاتين، ثم وضع الطبق ذي الـ 24 بئرًا في الحاضنة لمدة 0.5 hr. وبعد انتهاء وقت الحضانة هذا، يجب فحص شرائح التغطية تحت المجهر الضوئي للتأكد من الكثافة المناسبة لجزيئات الذهب على الشرائح. انظر الشكل 1 لمشاهدة صور مجهرية بتكبير 20x لأمثلة على تركيزات منخفضة جدًا ومرتفعة جدًا من جزيئات الذهب. وانظر الشكل 2 لمشاهدة صور مجهرية بتكبير 40x لتركيز مثالي من جزيئات الذهب (على الأقل للاستخدام مع الخلايا الوحيدة). يجب تحديد الكثافة المثلى لجسيمات الذهب النانوية على الشريحة تجريبيًا لكل نوع من الخلايا المستخدمة، حيث أن خصائص الخلايا المختلفة ستحدد قوة حركتها على شرائح التغطية. وإذا كان تركيز جزيئات الذهب غير كافٍ، أضف 0.5-1 ml إضافية من محلول الذهب الغروي إلى شرائح التغطية المطلية بالجيلاتين.
يمكن أن يختلف التركيز المناسب لجزيئات الذهب اعتماداً على حجم الخلية، وبالتالي سيعتمد ذلك في النهاية على حجم الخلية التي يتم فحص حركيتها. فعلى سبيل المثال، تطلبت تحليلاتنا تركيزاً أعلى من جزيئات الذهب مع الخلايا الوحيدة البشرية (human monocytes) كونها خلايا صغيرة الحجم (~10-20 μm28). ويوفر التوزيع المناسب لجزيئات الذهب النانوية للباحث القدرة على تمييز حواف المسارات الخلوية بسهولة وكفاءة. إن التركيز المرتفع جداً لجزيئات الذهب يعيق قدرة الخلايا على الحركة، وبالتالي يعيق قياس حركيتها بدقة، بينما يحد التركيز المنخفض جداً من القدرة على رسم مسار دقيق للحركية.
ملاحظة هامة: إذا كانت عملية تخليق جسيمات الذهب النانوية تسبب مشكلات، فإن جسيمات الذهب النانوية المُخلقة متوفرة تجارياً بأحجام تتراوح من 5 nm إلى 400 nm. بالإضافة إلى ذلك، استُخدمت الكرات المجهرية الفلورية أيضاً في دراسات حركية الخلايا29. ومع ذلك، فإن استخدام هذه الكرات المجهرية يتطلب مجهراً فلورياً لتحليل هجرة الخلايا.
- ضع الطبق ذو الـ 24 بئراً الذي يحتوي على شرائح التغطية المغطاة بالذهب الغروي في حاضنة عند 37 °C واتركها لمدة تتراوح من ساعة واحدة إلى ليلة كاملة.
- بعد الحضن، قم بشطف/إزالة الذهب غير المرتبط عن طريق غمر شرائح التغطية (3 مرات) في محلول ملحي منظم بالفوسفات معقم (PBS; pH 7.4).
- ضع شرائح التغطية المطلية بالذهب الغروي هذه في طبق (أو أطباق) نظيفة ذات 12 بئراً تحتوي على PBS.
- تُخزن شرائح التغطية هذه عند 4 °C حتى وقت الاستخدام (يُغلف الطبق بفيلم البارافيلم قبل وضعه في الثلاجة).
ملاحظة هامة: يجب الحفاظ دائمًا على شرائح التغطية المطلية بالذهب الغروي مغمورة في نوع من السوائل/الأوساط، لأن جزيئات الذهب قد تتقشر من شرائح التغطية إذا تُرِكت لتجف. ويجب استخدام شرائح التغطية المطلية بالذهب الغروي خلال 2-3 أشهر من تاريخ تحضيرها.
ضبط الجودة: في مقايسة حركية المسار البلعمي الواحدة، من الضروري استخدام شرائح غطاء تتميز بتركيز مماثل من جزيئات الذهب. ستسمح هذه النقطة البسيطة بأن تكون الاختلافات الكمية في الحركية الخلوية بين العينات ناتجة فقط عن طبيعة المعالجة وليس عن الخصائص الفيزيائية لشرائح الغطاء المطلية بالذهب الغروي. ونحن نفضل استخدام شرائح الغطاء المصنوعة في الوقت نفسه فقط في التجارب الفردية، رغم أننا أثبتنا أنه طالما كانت كثافة جزيئات الذهب النانوية متساوية، فإن استخدام شرائح غطاء من تحضيرات مختلفة يعد أمراً مناسباً.
3. تحليل الحركية الخلوية
- ضع شرائح التغطية المطلية بالذهب الغروي في الوسط الخلوي المناسب للخلايا المستهدفة.
- انقل الخلايا المعالجة بشكل مناسب إلى شرائح التغطية المطلية بالذهب الغروي والموضوعة في طبق (أو أطباق) مكون من 24 بئراً.
ملاحظة: يجب تحديد عدد الخلايا التي يتم نقلها إلى البئر الواحد لكل نوع من الخلايا المدروسة. ومن الناحية المثالية، يجب توزيع الخلايا بالتساوي على غطاء الشريحة المطلي بالذهب الغروي، مما يسمح بدورها بإجراء التحليل الإحصائي للمسارات التي أنشأتها خلية واحدة فقط. وإذا تم زرع الخلايا بتركيز مرتفع للغاية، يصبح من المحتمل جداً رؤية مسارات متداخلة لخلايا متعددة. ولا يمكن تقدير المسارات المتداخلة كمياً بدقة، وبالتالي لا يمكن أخذها في الاعتبار في التحليلات النهائية لحركة الخلايا المختبرة. وعادة ما يتم ملاحظة المسارات المتداخلة الناتجة عن مشاركة خلايا متعددة بسهولة، حيث تظهر كمسارات مدمجة أو متقاطعة (في مجال التحليل) والتي يمكن من خلالها ملاحظة خليتين أو أكثر في نفس المنطقة الصافية المتصلة.
- يُحضن المزيج عند 37 °C/5% CO2 لمدة 24 hr (أو لأي وقت مناسب؛ على سبيل المثال، قمنا بتحليل حركية الخلايا الوحيدة بين 6 hr و24 hr بعد المعالجة، والخلايا البطانية عند 12 hr بعد المعالجة). يختلف الإطار الزمني الأمثل لتحديد وقياس الحركية الخلوية حسب نوع الخلايا المدروسة، وبالتالي يجب تحديده تجريبياً لكل نوع من الخلايا (ومع ذلك، فإن 6 - 12 hr بعد المعالجة تُعد نقطة بداية جيدة).
ملاحظة: إذا كانت هناك حاجة لتخزين الشريحات الزجاجية المغطاة بالذهب الغروي التجريبية و/أو تحليلها في وقت لاحق، فيجب تثبيت الخلايا وجسيمات الذهب النانوية على الشريحات الزجاجية. ولإتمام خطوة التثبيت هذه؛ بعد الخطوة 3.3، يتم أولاً غسل الشريحات الزجاجية بعناية مرتين باستخدام 1x PBS (ويفضل غمر الشريحات الزجاجية، حيث يجب تجنب إزالة جسيمات الذهب النانوية من الشريحات)، ثم تُستخدم طريقة قياسية لتثبيت الخلايا، مثل الحضن في 3% paraformaldehyde في درجة حرارة الغرفة. وبعد الحضن لمدة 15-min، يجب إزالة 3% paraformaldehyde وغسل الشريحات الزجاجية بعناية 3 مرات باستخدام 1x PBS. ويمكن تخزين الشريحات الزجاجية المثبتة في الثلاجة.
- باستخدام مجهر ضوئي، قم بالتقاط صور للمسارات التي خلفتها خلية واحدة متحركة (ملاحظة: ستختلف قوة التكبير المستخدمة لتصوير المسارات الخلوية بالتأكيد بناءً على نوع الخلية قيد الدراسة). تظهر أمثلة للمسارات الخلوية التي خلفتها خلايا غير متحركة وخلايا متحركة على شرائح غطاء مغطاة بالذهب الغروي في الشكل 2.
ملاحظة: تبيّن أن جسيمات الذهب النانوية بالحجم المستخدم في مقايسة حركية المسار البلعومية غير سامة تماماً للخلايا30. وإذا لزم الأمر، يمكن تقييم حيوية الخلايا المفحوصة عن طريق الصبغ بصبغة trypan blue أو فحص مؤشرات أخرى للحيوية الخلوية. ويجب مراعاة الحاجة إلى التثبيت ونوعه وما إلى ذلك في حال تطلب الأمر القيام بهذه الخطوة.
- باستخدام برمجيات متاحة مجانًا، مثل برنامج ImageJ (http://rsbweb.nih.gov/ij/ ) أو NIH Image (http://rsb.info.nih.gov/nih-image/)، وكلاهما تم تطويرهما في المعاهد الوطنية للصحة (National Institutes of Health)، أو برنامج ImageTool (http://ddsdx.uthscsa.edu/dig/itdesc.htmlتم تطوير هذه الطريقة في المركز الصحي لعلوم جامعة تكساس في سان أنطونيو، حيث يتم تحديد متوسط المساحة (بوحدات اعتبارية) للذهب الغروي التي قامت بتطهيرها 10-20 خلية أو أكثر (لكل عينة) لكل ذراع تجريبي من الصور الملتقطة. ويمكن بعد ذلك إجراء التحليلات الإحصائية على النتائج التي تم جمعها؛ فعلى سبيل المثال، يمكن رسم النتائج كمتوسطات ± الأخطاء المعيارية للمتوسطات (SEM) باستخدام اختبار Student's ت الاختبارات التي أُجريت، و P قيمة <استُخدمت القيمة 0.05 كمقياس للدلالة الإحصائية بين العينات. الشكلان 3 و4 توضيح خطوات تحليل مساحة الذهب الغروي التي قامت الخلية بإزالتها.