مقالة منهجية

تمتد خلايا Micropatterned على غشاء PDMS

15.3K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/51193

⸱

يناير 22, 2014

 , 
1UMR 144, Institut Curie

في هذه المقالة

ملخص

يقدم هذا المخطوط تقنية لتطبيق أو إطلاق القوات على الخلايا أو الأنسجة الملتصقة باستخدام أحادي الاتجاه تمتد.

الملخص

القوى الميكانيكية المبذولة على الخلايا و / أو الأنسجة تلعب دورا رئيسيا في عمليات عديدة. قمنا بتطوير جهاز لتمتد الخلايا مطلي على PolyDiMethylSiloxane (PDMS) الغشاء، متوافقة مع التصوير. هذا الأسلوب هو استنساخه وتنوعا. يمكن micropatterned الغشاء PDMS من أجل حصر الخلايا أو الأنسجة لهندسة محددة. فإن الخطوة الأولى هي لطباعة micropatterns على الغشاء PDMS مع تقنية الأشعة فوق البنفسجية العميقة. الغشاء PDMS ثم يتم تركيبه على محفة الميكانيكية. A غرفة لا بد على رأس الغشاء مع الشحوم حيويا للسماح مزلق أثناء التمدد. هي المصنفة الخلايا ويسمح لنشر لعدة ساعات على micropatterns. يمكن أن تمتد العينة وغير المتمدد عدة مرات مع استخدام المسمار المصغر. يستغرق أقل من دقيقة لتطبيق تمتد إلى أقصى مداها (حوالي 30٪). لا تتضمن هذه التقنية المعروضة هنا جهاز بمحركات، وهو أمر ضروري لpplying دورات تمتد المتكررة بسرعة و / أو الكمبيوتر التي تسيطر عليها وتمتد، ولكن هذا يمكن تنفيذها. تمتد من الخلايا أو الأنسجة يمكن أن تكون ذات فائدة للأسئلة المتعلقة القوات الخلية، استجابة الخلية لإجهاد ميكانيكي أو التشكل الأنسجة. وهذا عرض فيديو تظهر كيفية تجنب المشاكل النموذجية التي قد تنشأ عند القيام هذا النوع من التجربة التي تبدو بسيطة.

المقدمة

الخلايا تتكون الأنسجة في الكائنات العليا تخضع لتوترات الميكانيكية وقوات تمتد القادمة سواء من البيئة الخارجية أو من الخلايا المحيطة 1،2. الخلايا يجب أن تتكيف مع ومقاومة هذه القوى من أجل الحفاظ على سلامة الأنسجة. هذه القوات مهمة للأنسجة التشكل خلال 3،4 التنمية. تطبيق القوى الميكانيكية على الخلايا المستزرعة هو وسيلة لمحاكاة ما يمكن أن يحدث في الأنسجة، ولكن مع مراقبة كمية ومستقلة عن شكل الخلية وتشوه الخلايا 5،6. لهذا، يمكن استخدام عدة تقنيات. يمكن للمرء أن تضغط على الخلايا (خلية كاملة أو جزء منه)، على سبيل المثال باستخدام AFM أو مشتقات 7،8 أو تمتد الركيزة الخلايا تنمو على.

الطريقة الموضحة في هذه الورقة يوضح كيفية تمتد ركيزة الطائرة مطلي مع الخلايا. وقد تم تطوير هذه التقنية في الأصل لتقييم دور القوات التي تمارس على مخلايا الثدييات itotic 9. الخلايا الإنقسامية البقاء على اتصال من خلال الركيزة الألياف التراجع وتمتد الغشاء تمارس القوة على تلك الألياف، والتي أثارت بدورها دوران المغزل الإنقسامية. مصلحة الجمع بين micropatterns لاصقة وتمتد هو تحقيق مراقبة مستقلة من القوات وشكل الخلايا الفردية. فمن الممكن على سبيل المثال أن تمتد خلية بيضوي الشكل في شكل دائري تماما الخواص، في حين يتم تطبيق تمتد ذو محورين. إذا لم يتم platted الخلايا على micropatterns، ذو محورين تمتد النتائج في استطالة الخلية، مع معظم الخلايا وجود محور طويل تتماشى مع محور التمدد. ومن ثم من الصعب فصل أثر محاذاة المحور الطويل وتأثير امتداد تطبيقها على الخلايا.

الجهاز هو مناسبة لأي التصوير الخلية الحية، بما في ذلك وقت طويل مضي فلوري المجهر، والمخدرات يمكن أن تضاف أثناء التجربة. طريقة UVs وmicropatterning عميق 10وقد وصفت بالتفصيل في Azioune وآخرون وصفت 11 الزخرفة على PDMS في Azioune وآخرون 12 الحاضر تمتد البروتوكول هو نسخة من الفيديو كاربي وآخرون 13

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. التخميل من PDMS

  1. قطع قطعة من PDMS حوالي 35 ملم × 20 ملم من ورقة قدمت قبل (على سبيل المثال، GelPak، كما هو موضح في الجدول المواد).
  2. إزالة الجزء العلوي والسفلي من طبقات واقية من البلاستيك (إذا لزم الأمر) واستخدام ملاقط لوضع PDMS في البلاستيك (وليس الثقافة الخلية المعالجة) طبق بيتري.
  3. غسل PDMS مع الايثانول 70٪ لمدة 5 دقائق على محور دوار في 30 التذبذبات / دقيقة.
  4. يجف السطح بواسطة الهواء المتدفقة على ذلك.
  5. تضيء مع الأشعة فوق البنفسجية العميقة (λ = 180 نانومتر) لمدة 5 دقائق على مسافة من المصابيح فوق البنفسجية من حوالي 5 سم (انظر ورقة مواد مرجعية مصباح، وسوف تختلف المعلمات للمصابيح مختلفة).
  6. إعداد 200 ميكرولتر من الحل EDC / NHS لكل PDMS قطعة (هذا يجب أن يكون مستعدا تماما قبل الاستخدام لأن التفاعل من الحل يضمحل في غضون ساعة). ل1 مل من 0.05 M MES + 0.5 M كلوريد الصوديوم العازلة في درجة الحموضة 6.0، إضافة 11.5 ملغ من سلفو-NHS و 19.2 ملغ من EDC.
  7. نقلPDMS صحائف من طبق بيتري إلى غطاء طبق بتري، الذي لم مضيئة. وهذا يضمن أن محيط PDMS هي مسعور جدا وتسهيل الخطوة التالية.
  8. إضافة الحل EDC / NHS واحتضان لمدة 15 دقيقة في درجة حرارة الغرفة.
  9. شطف EDC / NHS بالماء.
  10. إضافة PLL-G-PEG حل (0.5 ملغ / مل في HEPES 10 ملي درجة الحموضة 8.6)، واحتضان بين عشية وضحاها من 3 إلى ساعة في درجة حرارة الغرفة.
  11. شطف PLL-G-PEG بالماء. PDMS تخميلها (بين functionalized مع PLL-G-PEG) يمكن تخزينها لعدة أيام في 4 درجات مئوية.

2. الزخرفة من PDMS

  1. تأخذ ورقة PDMS ووضعه على الضوئية الكوارتز الاصطناعية التي تحمل microfeatures عن الزخرفة (انظر الشكل 1). وضع الجانب PDMS تحمل PLL-G-PEG التي تواجه الجانب الكروم من الضوئية.
  2. تضيء لمدة 7 دقائق عن طريق الضوئية على مسافة من المصابيح فوق البنفسجية من حوالي 5 سم.
  3. إضافة الماء على قناع + PDMS وقشر PDMS ببطء بعيدا عن قناع.
  4. احتضان مع الحل فبرونيكتين في 50 ملغ / مل في المنطقة العازلة HEPES في درجة الحموضة 8.6 لمدة 1 ساعة في درجة حرارة الغرفة. فمن الممكن استخدام البروتينات ECM الآخرين، ولكن هذه لم يتم اختبارها مع هذا البروتوكول.
  5. شطف مع برنامج تلفزيوني.

3. تركيب جهاز

  1. تحميل PDMS تخميلها سابقا على الجهاز تمتد (انظر مناقشة لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها).
    1. إرفاق جانب واحد من PDMS إلى جزء ثابت من نقالة.
    2. إصلاح الجانب الآخر إلى الجزء المتحرك من دون تحامل نقالة الكثير من ورقة PDMS.
  2. قطع مستطيل من PDMS (22 ملم × 19 ملم) في PDMS طعنة سميكة وقطع مستطيل آخر داخل من أجل الحصول على بركة (أو الإطار) التي من شأنها الإبقاء على الخلايا وسائل الإعلام (انظر الشكل 2).
  3. إضافة سيليكون الشحوم تحت هذا PDMS بركة ووضعه على رأس ورقة PDMS لإنشاء ميدالبوتاسيوم الاحتفاظ بركة. فإن الشحوم تسمح مزلق من تجمع أكثر من ورقة PDMS أثناء التمدد.

4. الزخرفة خلايا

  1. فصل الخلايا من 50٪ confluency الثقافة قارورة مع Versene.
  2. عد الخلايا و resuspend لهم بتركيز 200،000 خلية / مل.
  3. إضافة 1 مل من تعليق خلية في بركة (انظر مناقشة للحصول على تفاصيل إضافية).
  4. السماح للخلايا ربط أنماط 10-30 دقيقة (اعتمادا على نوع من الخلايا، RPE-1 الخلايا سوف يستغرق 10 دقيقة وخلايا هيلا 20 دقيقة).
  5. بلطف تدفق الخلايا العائمة مع معايرتها المتوسطة (المتوسطة تتوازن في حاضنة).
  6. السماح للخلايا تنتشر لساعة قليلة على أنماط (RPE-1 سوف تحتاج ما لا يقل عن 2 ساعة؛ خلايا هيلا سوف تحتاج 3 ساعة).
  7. إضافة ساترة على رأس تجمع لتجنب تسرب التبخر والمتوسطة في حال وقوع PDMS.
  8. وضع الجهاز على مجهر مقلوب وبدء التصوير. تجنب استخدام الغمر النفط أوبjectives لأنها سوف لا تعمل بسبب مشاكل التركيز.

5. تمديد

  1. بدوره المسمار المصغر حين تصحيح الموقف في المرحلة س، ص، ض، ومحور (أساسا خ). موقف المرحلة يحتاج إلى تصحيح لمواجهة اتساع PDMS وفقدان التركيز. (انظر "خلال تمتد" الفقرة في المناقشة).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

تقنية الواردة في هذا البروتوكول الفيديو يسمح تطبيق القوات على التراجع من ألياف خلايا الثدييات الإنقسامية. في الواقع، أثناء انقسام الخلية، في مرحلة الإنقسامية، خلايا الثدييات تتراجع لتأخذ شكل كرة وتترك وراءها الكابلات أكتين رقيقة تحيط بها غشاء التي تعلق على الركيزة. هذه الكابلات (ألياف التراجع)، هي ذكرى هندسة الخلية قبل الخوض في الانقسام. جعل micropatterns مع الأشعة فوق البنفسجية العميقة من خلال الضوئية على PDMS رقيقة (الشكل 1) يسمح للسيطرة هندسية من التصاق ا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

على الرغم من أن هذه التقنية قد استخدمت عدة مرات ويتم اختبارها بدقة، وهناك العديد من الخطوات الحاسمة التي يمكن أن تؤدي إلى فشل التجربة.

حول PDMS:

لهذا العمل، GelPak، ورقة PDMS رقيقة متوفرة تجاريا، استخدمت. بدلا من ذلك ورقة PDMS يمكن أن يلقي مباشرة من PDMS المزيج. ونحن نوصي باستخدام GelPak لأنه أكثر استنساخه، وأقل عرضة للكسر مقارنة PDMS العرف.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

الكتاب تعلن أي المصالح المالية المتنافسة.

شكر وتقدير

تأسست هذا العمل من قبل معهد كوري، باريس، فرنسا. تم تصميم نقالة الميكانيكية من قبل داميان كوفيلير (معهد كوري) ويتم تصنيعها من قبل GREM (MECANIQUE-grem.com). تم تطوير الزخرفة على PDMS بواسطة عمار Azioune (جامعة بوردو الثاني).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
GelPakGelPakPF-60-X4/ الالتصاق المختلفة متوفرة. قد يكون أحد البدائل هو إلقاء PDMS   الخاص بك. نفسك.
شحم السيليكونGE Bayer سيليكونBaysilone-pasteهذا جهاز متوافق حيويا
تمتدGREM m & eacute. نقالة canique2011 
EDC (N- (3-Dimethylaminopropyl) -N & prime ؛ -ethylcarbodiimide hydrochloride)Sigma3450مستقر 6 أشهر عند -20 درجة ؛ C
NHS (N-Hydroxysulfosuccinimide ملح الصوديوم)Sigma56485حماية من الرطوبة
Pll-g-peg (PLL(20)-g[3.5]-PEG(2) 20 مجم)SurfaceSolutions(زيورخ) 
قناع ضوئي من الكوارتز الاصطناعيToppanخذ قناع ضوئي ثنائي قياسي في Quartz
Fibronectin من بلازما البقرSigmaF1141& nbsp ؛
سمك جهاز

المراجع

  1. Vogel, V., Sheetz, M. Local force and geometry sensing regulate cell functions. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 7, 265-275 (2006).
  2. Terenna, C. R., et al. Physical mechanisms redirecting cell polarity and cell shape in fission yeast. Curr. Biol. 18 (22), 1748-1753 (2008).
  3. Guillot, C., Lecuit, T. Mechanics of epithelial tissue homeostasis and morphogenesis. Science. 340 (6137), 1185-1189 (2013).
  4. Bosveld, F., et al. Mechanical control of morphogenesis by Fat/Dachsous/Four-jointed planar cell polarity pathway. Science. 336 (6082), 724-727 (2012).
  5. Farhadifar, R., Roper, J. C., Aigouy, B., Eaton, S., Julicher, F. The influence of cell mechanics, cell-cell interactions, and proliferation on epithelial packing. Curr. Biol. 17, 2095-2104 (2007).
  6. Rauzi, M., Verant, P., Lecuit, T., Lenne, P. F. Nature and anisotropy of cortical forces orienting Drosophila tissue morphogenesis. Nat. Cell Biol. 10, 1401-1410 (2008).
  7. Mitrossilis, D., et al. Real-time single-cell response to stiffness. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107 (38), 16518-16523 (2010).
  8. Irimia, D., Charras, G., Agrawal, N., Mitchison, T., Toner, M. Polar stimulation and constrained cell migration in microfluidic channels. Lab Chip. 12, 1783-1790 (2007).
  9. Fink, J., et al. External forces control mitotic spindle positioning. Nat. Cell. Biol. 13 (7), 771-778 (2011).
  10. Azioune, A., Storch, M., Bornens, M., Théry, M., Piel, M. Simple and rapid process for single cell micro-patterning. Lab Chip. 9 (11), 1640-1642 (2009).
  11. Azioune, A., Carpi, N., Tseng, Q., Théry, M., Piel, M. Protein micropatterns: A direct printing protocol using deep Uvs. Methods Cell Biol. 97, 133-146 (2010).
  12. Azioune, A., et al. Robust method for high-throughput surface patterning of deformable substrates. Langmuir. 27 (12), 7349-7352 (2011).
  13. Carpi, N., Piel, M., Azioun, A., Cuvelier, D., Fink, J. Micropatterning on silicon elastomer (PDMS) with deep UVs. Protoc. Exch. , (2011).
  14. Sinha, B., et al. Cells respond to mechanical stress by rapid disassembly of caveolae. Cell. 144 (3), 402-413 (2011).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة