الجمع بين مشغل القوة المغناطيسية 3D والتصوير الفلوري متعدد الوظائف لدراسة علم الأحياء الميكانيكي للنواة

Miao Huang; Heyang Wang; Alfredo A. Delgado; Tyler A. Reid; Julian Long; Shu Wang; Hayley Sussman; Juan Guan; Hitomi Yamaguchi; Xin Tang

doi:10.3791/64098

يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

الجمع بين مشغل القوة المغناطيسية 3D والتصوير الفلوري متعدد الوظائف لدراسة علم الأحياء الميكانيكي للنواة

2.3K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/64098

⸱

يوليو 5, 2022

Miao Huang¹^,⁵ , Heyang Wang¹^,⁵ , Alfredo A. Delgado¹ , Tyler A. Reid¹ , Julian Long² , Shu Wang³^,⁵ , Hayley Sussman⁴ , Juan Guan⁵^,⁶^,⁷ , Hitomi Yamaguchi¹ , Xin Tang¹^,⁵^,⁸^,⁹

¹Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Herbert Wertheim College of Engineering, University of Florida, ²Department of Materials Science and Engineering, University of Florida, ³Department of Biostatistics, University of Florida, ⁴Department of Biomedical Engineering, College of Engineering (COE), University of Delaware (UD), ⁵UF Health Cancer Center, University of Florida, ⁶Department of Physics, College of Liberal Arts and Sciences, University of Florida, ⁷Department of Anatomy and Cell Biology, College of Medicine, University of Florida, ⁸J. Crayton Pruitt Family Department of Biomedical Engineering, University of Florida, ⁹Department of Physiology and Functional Genomics, University of Florida

في هذه المقالة

ملخص

تقدم هذه الدراسة بروتوكولا جديدا لتطبيق القوة الميكانيكية مباشرة على نواة الخلية من خلال الميكروبيدات المغناطيسية التي يتم توصيلها إلى السيتوبلازم وإجراء تصوير فلوري متزامن للخلايا الحية.

الملخص

السؤال الأساسي في علم الأحياء الميكانيكي هو كيف تستشعر الخلايا الحية المحفزات الميكانيكية خارج الخلية في سياق فسيولوجيا الخلية وعلم الأمراض. يعتقد أن الإحساس الميكانيكي الخلوي للمنبهات الميكانيكية خارج الخلية يكون من خلال مستقبلات الغشاء ، ومركب البروتين المرتبط به ، والهيكل الخلوي. تظهر التطورات الحديثة في علم الأحياء الميكانيكي أن نواة الخلية في السيتوبلازم نفسها يمكنها أن تستشعر بشكل مستقل المحفزات الميكانيكية في وقت واحد. ومع ذلك ، هناك نقص في الفهم الميكانيكي لكيفية استشعار نواة الخلية للمحفزات الميكانيكية وتحويلها والاستجابة لها ، ويرجع ذلك أساسا إلى التحديات التقنية في الوصول إلى ميكانيكا النواة وقياسها بواسطة الأدوات التقليدية. تصف هذه الورقة تصميم وتصنيع وتنفيذ مشغل قوة مغناطيسية جديد يطبق محفزات ميكانيكية 3D دقيقة وغير جراحية لتشويه نواة الخلية مباشرة. باستخدام الخلايا المهندسة بتقنية كريسبر / كاس 9 ، توضح هذه الدراسة أن هذه الأداة ، جنبا إلى جنب مع التصوير الفلوري متحد البؤر عالي الدقة ، تمكن من الكشف عن ديناميكيات الوقت الفعلي لبروتين مرتبط ب نعم حساس ميكانيكيا (YAP) في الخلايا المفردة كدالة لتشوه النواة. هذه الطريقة البسيطة لديها القدرة على سد الفجوة التكنولوجية الحالية في مجتمع علم الأحياء الميكانيكي وتقديم إجابات لفجوة المعرفة الموجودة في العلاقة بين النقل الميكانيكي للنواة ووظيفة الخلية.

المقدمة

تهدف هذه الدراسة إلى تطوير وتطبيق تقنية جديدة لتوضيح البيولوجيا الميكانيكية للنواة من خلال الجمع بين المشغلات المغناطيسية التي تطبق القوة الميكانيكية مباشرة على نواة الخلية والمجهر الفلوري متحد البؤر الذي يصور في وقت واحد التغيرات الهيكلية والوظيفية تحت الخلوية. تستشعر الخلايا الإشارات الفيزيائية الحيوية خارج الخلية بما في ذلك تصلب الأنسجة¹،²،³،⁴ ، وضغط السائل الخلالي وإجهاد القص⁵،⁶،⁷ ، وطوبولوجيا / هندسة السطح⁸،⁹،10،11،¹² ، وإجهاد ....