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Methodenartikel

Einfache und genaue Mechanotherapie Profilierung Micropost Arrays

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DOI:

10.3791/53350

⸱

17. November 2015

 ,  ,  ,  , 
1University of Zurich, Balgrist University Hospital, 2Institute for Biomechanics, ETH Zurich

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Beschrieben werden Protokolle zur Quantifizierung mechanischer Wechselwirkungen zwischen adhärenten Zellen und mikrostrukturierten Substraten. Diese Wechselwirkungen sind eng mit essentiellen Zellverhaltensweisen wie Migration, Proliferation, Differenzierung und Apoptose verknüpft. Die Protokolle stellen eine Open-Source-Bildanalysesoftware namens MechProfiler vor, die es ermöglicht, die beteiligten Kräfte für jeden Mikropfosten zu bestimmen.

Zusammenfassung

Zellkultursubstrate mit integrierten flexiblen Mikropfosten ermöglichen es einem Benutzer, die mechanischen Wechselwirkungen zwischen Zellen und ihrer unmittelbaren Umgebung zu untersuchen. Insbesondere die Zell-Substrat-Wechselwirkungen stehen im Vordergrund. Heute sind Micropost-Arrays eine gut charakterisierte und etablierte Methode mit einem breiten Anwendungsspektrum, die in den letzten zehn Jahren veröffentlicht wurden. Es scheint jedoch einen Vorbehalt unter Biologen zu geben, die Technik aufgrund des langwierigen und herausfordernden Prozesses der Herstellung von Mikropfosten und des Mangels an leicht zugänglicher Software zur Analyse von Bildern von Zellen, die mit Mikropfosten interagieren, anzupassen.

Die Kraftauslesung von Mikropfosten ist überraschend einfach. Ein Mikropfosten wirkt wie eine Feder, an der die Zelle idealerweise an ihrer Spitze befestigt ist. Je nach Größe übt eine Zelle eine Kraft aus ihrem Zytoskelett durch einen oder mehrere fokale Adhäsionspunkte auf den Mikrostift aus und lenkt so den Mikrostift ab. Die Höhe der Auslenkung korreliert direkt mit der aufgewendeten Kraft in Richtung und Größe. Die Anzahl der Mikropfosten, die von einer Zelle bedeckt sind, und die Nachlenkmuster sind charakteristisch und ermöglichen die Bestimmung von Werten wie der Kraft pro Pfosten und vielen biologisch relevanten Parametern, die ein "Mechano-Profiling" von Zellphänotypen ermöglichen.

Eine bequeme Methode zur Erstellung von Mechano-Profilen wird hier beschrieben, die die erste Generation von gebrauchsfertigen, kommerziell erhältlichen Mikropfosten mit einem eigens entwickelten Softwarepaket kombiniert, das nun für alle Forscher zugänglich ist. Zur Demonstration einer typischen Anwendung wurden Einzelbilder von Knochenkrebszellen in der Hellfeldmikroskopie für die Mechano-Profilierung von Zelllinienmodellen der Metastasierung aufgenommen. Diese Kombination aus kommerziellen Traktionskraftsensoren und Open-Source-Software für die Analyse ermöglicht zum ersten Mal eine schnelle Implementierung der Micropost-Array-Technik in die routinemäßige Laborarbeit, die von Laien durchgeführt wird. Darüber hinaus ermöglicht ein robuster und optimierter Analyseprozess dem Benutzer, eine große Anzahl von Micropost-Bildern auf äußerst zeiteffiziente Weise zu analysieren.

Einleitung

Mechano empfindlichen zellbasierte Assays ermöglichen die Untersuchung von adhärenten Zellen, mit einer breiten Palette von Anwendungen, die die zentrale Rolle, die Mechanik in der Zellbiologie spielen reflektieren. Diese Anwendungen konzentrieren sich oft auf die zugrunde liegenden Mechanismen, die subzelluläre Prozesse oder Ganzzellverhalten zu fahren. Einerseits können externe Umweltfaktoren, wie die extrazelluläre Matrixzusammensetzung oder Matrixsteifigkeit dramatischen Einfluss auf die mechanischen und biologischen Antwort der Zelle. 1 Das gleiche kann nach der Verwendung von vielen Klassen von pharmazeutisch wirksamen Verbindungen beobachtet werden, deren Wirkungen sind häufig unter Verwendung von Zellkulturmodellen charakterisiert. 2 auf der anderen Seite genotypischen Eigenschaften, wie sie durch spontane oder experimentell induzierter Genmutationen verursacht werden, können starke Änderungen Zellphänotypen, die mit Veränderungen im Zytoskelett Struktur und Funktion zugeordnet sind induzieren. 3 Diese Beispiele sind nur ein paar der vielen möglichenThemen, für die mechanische Phänotypisierung der Zellen von Bedeutung ist, und alle diese sind zweckmäßigerweise mit micropost Arrays untersucht.

Zum Zeitpunkt des Schreibens dieses Artikels, haben rund 200 Artikeln veröffentlicht worden beschreiben zell micropost Interaktion. Diese Arbeiten diskutieren theoretische Aspekte der micropost Ablenkung Grundlagen sowie praktische Hinweise zu deren Herstellung. Der erste Artikel der Wechselwirkung von Zellen und flexible micropost Arrays beschreibt, wurde von Tan und Kollegen im Jahr 2003 4 veröffentlicht Im Gegensatz zu klassischen Traktionskraft-Mikroskopie (TFM), wo kontinuierliche weichen Substraten verwendet werden, um Nanonewton-Wägezelle Kontraktilität, Tan et al schätzen. ein Verfahren beschrieben, unter Verwendung von mehreren eng beabstandeten vertikalen Balken aus Silikonelastomer hergestellt. Die Hauptvorteile dieser Technik ergeben sich aus zwei Hauptfunktionen. Erstens, um die Zell-Substrat scheinbare Steifigkeit zu ändern braucht man nur die micropost Abmessungen verändern, währendDie Substratzusammensetzung ansonsten konstanten und wodurch Unterschiede in der Oberflächentopologie und Chemie. Zweite microposts handeln wie einzelne Federn, die diskret mit Kraft und räumlichen Auflösungen in der Größenordnung von einzelnen fokalen Adhäsionen untersucht werden kann und die analytischen Herausforderungen, die inhärent analoge Analyse durch Standard-TFM sind zu reduzieren.

Heute ist die Palette von Anwendungen für micropost Arrays stark gerade die Abbildung der Kräfte für ein paar Einzelzellen überschreitet. So berichtet Akiyama die Verwendung eines isolierten Rückengefäß Gewebe von einem Falter Raupe als Aktuator für eine micropost Array, um ein Insekt mit Muskelkraft betriebene autonome Mikroroboter zu entwickeln. 5

Allerdings haben die meisten Veröffentlichungen zur microposts auf Studien von Erkrankungen wie Infektionen oder Krebs. Zum Beispiel haben micropost Arrays verwendet, um die Krafterzeugung von gebündelten Typ IV-Pili von Neisseria gonorrh studierenOEA Kolonien, die mit Signalkaskaden Verbesserung Infektion assoziiert ist. 6 Andere haben microposts verwendet, um Brustkrebszellen mit pharmazeutischen Verbindungen zur Förderung der Zytoskelett behandelt zu studieren. 7

Ablenkung eines micropost wird oft mit klassischen Balkentheorie beschrieben, für einen Freischwinger mit einem Ausgabeaufschlag unter der Annahme der Zelle misst nur auf die Spitze der micropost. Hier wird die aufgebrachte Kraft F, die eine Durchbiegung δ verursacht, hängt von der micropost des "Biegesteifigkeit" k und wird berechnet durch:

figure-introduction-1 (1)

mit E, I, und L der Elastizitätsmodul, Flächenträgheitsmoment und Strahllänge auf. Allerdings ergibt sich aus dieser Gleichung geben nur einen allgemeinen Angleichung der Kräfte am Werk, da Strahl Scher- und Biege sowie Substrat Verziehen nicht in ac getroffenGraf. In Anbetracht, dass microposts werden typischerweise aus weichen Materialien wie Polydimethylsiloxan (PDMS) hergestellt -basierte Silikonkautschuk müssen diese Faktoren einbezogen werden. . Schoen et al gezeigt, daß es eine solche Korrekturfaktor auf der Basis des Seitenverhältnisses des micropost (L / D) und der entsprechenden Polymer Poissonzahl v 8 Es wird durch gegeben.:

figure-introduction-2 (2)

Mit T-Neigung (v) ein Neigungskoeffizienten, die Anpassungsparameter a = 1,3, wie in dem gleichen Artikel gefunden werden enthält:

figure-introduction-3 (3)

Das bedeutet, dass ein micropost korrigiert Steifigkeit k corr ist das Produkt aus dem reinen Biegesteifigkeit k = k Kurve und der Korrekturfaktor Korrgegeben durch:

figure-introduction-4 (4)

Daher sollten Zellkraftberechnungen unter Verwendung des verfeinerten Variante der Gleichung (1) gerade lesen werden:

figure-introduction-5 (5)

Die Auswirkungen der Korrektur offensichtlicher, sobald typische Werte für micropost Abmessungen eingesetzt werden. Zum Beispiel ein 15-Mikron lang micropost mit einem kreisförmigen Querschnitt und einem Durchmesser von 5 um aus PDMS-basierten Silikonkautschuk führt zu einem Korrekturfaktor von 0,77 und somit eine korrigierte Berechnung würde der ausgeübten Kräfte Zelle um 23% zu überschätzen. Dies wird umso schwerer für microposts mit kleineren Seitenverhältnisse.

Traditionell wurde micropost Bildanalyse auch auf idealisierten Strahlbiegetheorie basiert. Im Jahr 2005 die Gruppe, die die Verwendung von MICR-Pionieropost Arrays veröffentlichte eine Bildanalyse-Software für micropost Analyse geeignet 9 Die Software benötigt eine Software-Lizenz und der Benutzer muss drei Bilder für jede Position zu nehmen. jeweils einer aus oberen und unteren Ebenen der micropost im Sendemodus und ein anderer in der Fluoreszenzmodus mit dem gefärbten Zelle. Nach einem Vergleich der oberen und unteren Positionen für jede micropost die Software bestimmt einen Kraftvektor Feld und berechnet damit verbundenen Parameter wie Kraft pro Beitrag. Andere Softwarepakete bestehen und deren Analyse Prinzipien werden kurz in die entsprechenden Artikel, die sie beschreiben, erwähnt, aber diese Analysesoftwarepakete sind in der Regel nicht öffentlich verfügbar. 10,11

Die micropost Anordnungen zum Abbilden von Zellkräften konstruiert werden kann als welche entweder in einer orthogonalen micropost Layout oder einem hexagonalen ein, von denen die letztere den Vorteil haben äquidistanten Abstände zwischen allen benachbarten microposts klassifiziert werden. Typische microposts have einen runden Querschnitt und ihre Abmessungen im Bereich von 1,0 um bis 10 um im Durchmesser und 2 bis 50 um in der Länge. 4 jedoch microposts mit elliptischen oder quadratischen Querschnitt haben ebenfalls berichtet. 12,13

Die Verwendung von PDMS-basierten Silikon-Mischungen als micropost Material ermöglicht zum Addieren Nanopartikel in der Mischung. Zum Beispiel das Hinzufügen Cobaltnanostäbe ermöglicht eine magnetische Aktivierung des micropost und somit gibt einen weiteren Freiheitsgrad, um mögliche experimentelle Designs. 14 Die meisten Gruppen auf flachen starren Substraten wie Deckglas oder in einer Petri-Schale produzieren ihre micropost Arrays. Allerdings Mann und Mitarbeiter berichteten kürzlich über eine micropost Array auf einem dehnbaren Membran gebildet. 15. Dies ermöglicht die Anwendung von Zelldehnungskräfte an anhaftenden Zellen während des Studiums lebenden Zellen subzellulären dynamischen Reaktionen in Bezug auf Zellkontraktilität.

Die breite Anwendung und die meisten Established Verfahren zur Herstellung micropost Arrays auf Weich-Lithographie, wie in den Protokollen der aufschluss Sniadecki und Kollegen. 16-18 Kurz Standardreinraumprozesse beschrieben werden, verwendet werden, um die Mikrostrukturen auf einem Siliziumwafer unter Verwendung von Fotolack SU8 Ganzes erzielt. Dies wird durch ein Kopierverfahren, bei dem der Silikonkautschuk über die Strukturen ihre Übertragung in Formen gegossen, gefolgt. In einem zweiten Schritt diese Formen werden verwendet, um die anfängliche Mikrostruktur unter Verwendung von Silikonkautschuk auf einem gewählten Substrat replizieren. Doch trotz der großen und wachsenden Zahl von Publikationen, um ihre Anwendung beziehen, zur Schaffung einer Herstellungsprozess für microposts nimmt sehr viel Zeit sogar für Mikrotechnik-Experten; es gibt viele Prozessschritte, die Optimierung und Anpassung an die spezifischen Testumgebung und micropost Layout benötigen, um ein akzeptables Qualitätsniveau zu liefern.

Kommerzielle micropost Arrays sind jetzt in einer ready-t verfügbaro-Nutzung ("off-the-shelf") Format mit einer gleichbleibend hohe Qualität. Als solche sind sie eine Alternative zu dem Vor-Ort-Erzeugung erforderlichen komplizierten und langwierigen Herstellungsprozess. In dieser Arbeit wurde ein im Handel erhältlicher micropost Array zur Abbildung zellulärer Kräfte mit einem einzigen Bild Hellfeldmikroskopie verwendet. Noch wichtiger ist in diesem Artikel beschrieben und dokumentiert eine voll funktionsfähige Open Source-Software mit dem Namen MechProfiler, die zum Download als Begleitmaterial zu diesem Manuskript zur Verfügung steht. Eine aktiv gepflegte Version der Software finden Sie auch bei http://www.orthobiomech.ethz.ch gefunden werden.

Die Kombination aus einem "off-the-shelf" Assay und einem kompatiblen Open-Source-Analyse-Software deutlich senkt die Eintrittshürde, um genaue TFM Experimenten zu erreichen. Forscher ohne Zugang zu entweder Reinraumanlagen oder Software-Entwicklungskompetenz können zelluläre Kräfte erfolgreich zu analysieren. Es einem Benutzer ermöglicht, auf den mechanos konzentrierenensitivity Assay Ausgangs anstatt die Technologie selbst, und macht Zugkraftmessungen zur Verfügung, um eine breitere Gemeinschaft. Darüber hinaus ist dies ein wichtiger Schritt, um den Weg zur vollautomatischen Überprüfungen micropost Arrays zu ebnen.

Die MechProfiler Analyse-Software verarbeitet Bilder in Dateiformat TIFF, PNG, BMP und JPG. Bilder können unter Verwendung von Fluoreszenz, Phasenkontrast und Hellfeld-Lichtmikroskopie genommen werden. Die Standalone-Programm läuft zusammen mit dem freien Matlab Compiler Runtime (verfügbar unter: Abbildung 12) und die zugrunde liegenden Algorithmen erlauben schlanke Bildverarbeitung, die dem Benutzer ermöglicht, Bilder mit einzelnen oder mehreren Zellen in etwa 1 min zu verarbeiten. Ferner können diese Zellen entweder lebenden oder "fixiert".

Die MechProfiler Software kann die Datenanalyse Durchsatz stark zu erhöhen, indem sie sich auf die Reproduzierbarkeit der Qualität kommerzieller micropost Anordnungen, genauer gesagt, die Standard & #8220; nicht abgelenkten "Position jeder Eintrag in der Anordnung gegen ein ideales Raster ausgegangen werden (für das Gitter in der für diese Studie verwendeten Arrays Fertigungsabweichungen betrugen weniger als 100 nm).

Kurz öffnet man eine Auswahl von Bilddateien für die Analyse, schneidet sie in den Bereich von Interesse definiert, die Beiträge von Zellen bedeckt oder die verworfen werden müssen, bestimmt die Postpositionen, berechnet die Durchbiegungen / Kräfte gegen idealen Rasters und schließlich speichert alle zellspezifischen Daten mit der Möglichkeit für den Export, darunter zu einem Standard-Office-Tabellenkalkulation.

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Protokoll

1. Kultivieren von Zellen auf Micropost Arrays

Hinweis: Alle Schritte müssen in einer Biosicherheitswerkbank durchgeführt, um die Sterilität zu gewährleisten. Die hier angegebenen Volumina sind für T25 Zellkulturflaschen. Das Zellkulturmedium Rezept und Zellaussaatdichte für Knochenkrebszelllinien HuO9 und M132 optimiert.

  1. Bereiten Sie eine Zellkultur für die Aussaat auf eine micropost Array.
    1. Untersuchen Sie den Zellkulturqualität, indem die Kulturflasche auf einem Standard-Lichtmikroskop. Sicherzustellen, dass die Zellen eine typische Wachstum und Morphologie durch Schätzen, wie viel von der Kulturflasche Boden bedeckt. Eine Abdeckung von 70% -80% entspricht einer gesunden Wachstumsrate. Achten Sie auf die Höhe der schwimmenden Zellen, wie sie abgestorbene Zellen und / oder einen überwucherten Kultur zu repräsentieren.
    2. Trypsinize Zellen durch Entfernen Medium und Waschen mit 4 ml 1x phosphatgepufferter Salzlösung (PBS) -Puffer. Hinzuzufügen 0,8 ml 1x Trypsin / Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) und Inkubation bei RT, bis die Zells dislodge, die etwa 2-4 min dauert. Überprüfen Sie den Prozess mit dem Mikroskop und gelegentlich die Flasche klopfen sanft um das Verdrängen zu unterstützen.
    3. 5 ml Zellkulturmedium (Dulbeccos modifiziertem Eagle Medium (DMEM) / F12 mit 10% fötalem Rinderserum (FBS), 1% Penicillin / Streptavidin (Pen / Strep)), um die Reaktion zu stoppen und zu waschen Restzellen, die still sitzen auf der Unterseite des Kolbens ist. Anschließend pipettiert diese Suspension nach oben und unten mehrere Male, um eine homogene Mischung zu erhalten. Sicherstellen, dass alle Lösungen in der ursprünglichen Wachstumsbereich der Flasche pipettieren, um eine effektive Verdrängen zu gewinnen.
    4. Übertragen Sie die Zellsuspension in in ein 15 ml Röhrchen und zentrifugieren Sie es mit einem Tischzentrifuge bei 0,5 × g für 3 min.
    5. Entfernen Sie den Überstand und resuspendieren Zellpellet in 5 ml Medium durch Auf- und Abpipettieren 5 mal. Achten Sie darauf, um die Erzeugung von Luftblasen zu vermeiden, während dies zu tun.
    6. Bestimmen Sie die Zelldichte mit Hilfe eines Zellzählung Kammer und eine Licht microscope. Überprüfen Sie die Zellsuspension in Zellzählung Kammer für Zellaggregate und sorgen nur Einzelzellen für die nachfolgende Experiment haben. Pipette wieder nach oben und unten mehrere Male, wenn die Zellen dazu neigen, Aggregate, sie zu trennen bilden.
    7. Verdünnen der Zellsuspension mit ausreichender Medium, um ein Zelllösung von 25.000 Zellen / ml zu erhalten. Gut mischen durch Invertieren des geschlossenen Rohr mehrmals.
  2. Bereiten Sie eine micropost Array für Zellaussaat.
    Kritische Anmerkung: auf die micropost Array Sie pipettieren nicht direkt, da dies möglicherweise die microposts schaden, vor allem, wenn unerwünschte Luftblasen eingebracht werden. Darüber hinaus stellen Sie sicher, dass die micropost Array trocknet nie aus, wie auftretende Kapillarkräfte zu Kollabieren der microposts führen.
    1. Legen Sie das Glassubstrat mit dem micropost Array Seite nach oben in eine Vertiefung einer 12-Well-Platte mit Hilfe einer Pinzette und nass ist es durch Zugabe von 1 ml Ethanol (99%). Inkubieren bei Raumtemperatur für 20-30 sec.
    2. Verdünnen Sie das Ethanolstufenweise durch Zugabe von ungefähr 1 ml sterilem entionisiertem Wasser (DI-Wasser) an der Bettseite und Absaugen ungefähr 1 ml unter Verwendung einer Transferpipette oder Absaugvorrichtung. Wiederholen Sie diesen Schritt mindestens 3 mal.
    3. Ersetzen den DI-Wasser mit PBS-Puffer auf die gleiche Weise durch Zugabe und Absaugen von ungefähr 1 ml. Wiederholen Sie diesen Schritt 3 mal.
    4. Ersetzen Sie den PBS-Puffer mit mittlerer durch Zugabe und Absaugen etwa 1 ml Medium. Wiederholen Sie diesen Schritt 3 mal.
  3. Pipette 1 ml Zelllösung (25.000 Zellen) auf der jeweils vorbereitet micropost Array. Schließen Multiwellplatte und überträgt es auf einen Inkubator (CO 2 5%, 37 ° C). Lassen Sie die Zellen anhaften und wachsen auf der Oberseite des microposts für 6 -7 Std.
  4. Untersuchen Sie den Klebeprozess gelegentlich unter Verwendung eines Licht ein Mikroskop. Überprüfen Sie, dass die meisten der Zellen erscheinen ausge über mehrere microposts verbreiten.

2. Fixing & Färben von Zellen

Hinweis: Alle Schritte undVolumina hier angegebenen sind für eine einzelne Vertiefung einer 12-Well-Platte. Es empfiehlt sich, zu einem Zeitpunkt, um ein Austrocknen der Vertiefungen nach dem Ansaugen einer Flüssigkeit, die in einem Kollabieren der microposts führt vermeiden verarbeiten nicht mehr als vier der zwölf Vertiefungen.

  1. Aspirat Medium aus dem Bohrloch und waschen Zellen 2x mit 1 ml PBS-Puffer. Achten Sie darauf, um eine sanfte Kraft aufzubringen, während dem Waschen mit PBS, um Zelltrümmer, die auf dem micropost Array während der Inkubation angesammelt entfernen und toten Zellen zu lösen.
  2. Befestigen Sie die Zellen mit 0,5 ml 3,7% gepufferte Formaldehydlösung für 5 min.
  3. Ersetzen Sie die Formaldehyd-Lösung durch Waschen der micropost Array 2x mit 1 ml sterilem DI-Wasser.
  4. Färben die Zellen mit Farbstoff (0,05% Coomassie Brilliant Blue in 50% Wasser, 40% Ethanol und 10% Essigsäure) für ca. 90 sec. Waschen Sie überschüssige Färbelösung off 2x mit 1 ml sterilem DI-Wasser. 1 ml VE-Wasser auf Array micropost.
  5. Überprüfen Färbungsergebnis mit einem Lichtmikroskop. Wiederholen tHE-Färbung Schritt, wenn Zellkörper ist zu schwach, um sichtbar gemacht werden.
  6. Shop micropost Arrays mit den gefärbten Zellen auf der Oberseite in einem Kühlschrank bei 4 ° C. Stellen Sie sicher, sie unter Wasser zu allen Zeiten zu halten.

3. Cell Imaging

Hinweis: Schritt 4 gilt nur für Mikroskope, ohne unendlich korrigierte Optik.

  1. 2 ml VE-Wasser in eine Petrischale mit einer dünnen Glasboden für hochauflösende Bildgebung.
  2. Bringen micropost Array mit einer Pinzette in den bildgebenden Schale mit dem microposts nach oben zeigt.
  3. Legen Sie die Imaging-Petrischale auf einem beweglichen Tisch eines Lichtmikroskops.
  4. Drehen des Kompensationsrings des Objektivs zur Bilderzeugung verwendet, bis die Anzahl auf der Skala stellt die Gesamtdicke aller Materialien entlang des optischen Pfades für die Fehlanpassung der Brechungsindizes des Glassubstrats, das Siliconelastomer und der Flüssigkeit auf der Oberseite zu kompensieren. Dies sollte zu einem hellen Erscheinungsbild der microposts führenKerne.
  5. Schließen Sie die Blende auf der Beleuchtungsseite nach unten auf 50% und keine Phasenkontrastringe zu entfernen aus dem Strahlengang ermöglicht eine gewöhnliche Hellfeld-Modus.
  6. Richten Sie die micropost Array, das die microposts bilden eine horizontale Linie über das Beobachtungsfeld. Definieren Sie einen Startpunkt (zB links oben) und bewegen Sie die Petrischale schrittweise über die Bühne Scannen des micropost Array während der Einnahme von zahlreichen Bildern.
  7. Nehmen Sie alle Bilder mit der höchsten Auflösungseinstellung für die Kamera mit einem 20X oder 40X-Objektiv. Ziel ist es, eine einzelne Zelle in der Mitte des Bildes haben.
  8. Kehren entlang der z-Achse durch das Substrat, bis die micropost Spitzen scharf sind. Verwenden Sie die Feinabstimmung Fokusrad des Mikroskops und drehen Sie ihn in Richtung Konzentration auf die micropost unten für ca. 2-3 & mgr; m.
  9. Stellen Sie die Standard-Bildgebungsverfahren, indem sie Testbildreihe aus einem Feldabschnitt fegt durch die Bildaufnahmeparameter ein zu einer Zeit (zB Belichtungszeit,Blendeneinstellung, Lampeneinstellungen usw.). Analysieren Sie Bilder mit MechProfiler und bestimmen einen geeigneten Parametersatz für eine schnelle und zuverlässige Analyse.

4. Bildanalyse mit Open Source Software "MechProfiler"

Hinweis: Alle Software-Funktionen können Sie mit einem Zeigegerät mit der linken Maustaste aktiviert werden. Allerdings wird ein ausgebildeter Bediener die dokumentierten Tastenkombinationen entwickelt, um auf der linken Hälfte der Tastatur, um eine effiziente zweihändige Bildverarbeitung zu ermöglichen verwenden.

  1. Starten Sie Bildanalyse-Software MechProfiler und öffnen Sie eine Reihe von Bildern, die durch Klicken auf "Öffnen", analysiert werden müssen.
  2. Setzen Sie alle Parameter in den "Settings" Abschnitt von dem Software-Entwickler gegeben. Bestimmen Sie die Parameter, die benutzerdefinierte konfiguriert werden müssen (dh Kontur Schwelle und Minimalabstand) nach den im Einzelnen von der Software Handbuch beschriebenen Pflegehinweise.
  3. Bild zu analysierens one-by-one durch Zuschneiden sie an den Bereich von Interesse unter Verwendung "Crop" (klicken und ziehen Sie mit gedrückter Maustaste nach unten). Klicken Sie doppelt in der gezeichneten Rechtecks, um diese Aktion zu beenden.
  4. Markieren jedes sichtbare Zellkontur one-by-one, indem Sie auf "Draw Zell Konturen" und verwenden Sie das Fadenkreuz zum Zeichnen einschließlich aller microposts die Zelle zugeordnet ist.
  5. Entsorgen Sie alle unerwünschten microposts indem Sie auf "Verwerfen Beiträge" und verwenden Sie das Fadenkreuz zum Zeichnen. Schließen Sie alle microposts, die in eine Zelle außerhalb des Bildausschnitts gehören, oder dass sich aus einem anderen Grund, aber nicht von der Zelle von Interesse abgelenkt wird.
  6. Starten Sie die Software-Unterprogramm "finden Zentroide" per Mausklick. Stellen Sie die Filtereinstellung direkt neben dem "Suchen Zentroide" drücken, bis alle microposts registriert sind, die mit einem roten Kreuz in der Mitte zu sehen ist. Wenn die Filtereinstellung zu niedrig ist microposts werden ignoriert, wenn sie zu hoch multiple Positionen werden für eine einzelne micropost markiert werden. Halten Sie die Filtereinstellung während einer Analysesitzung konstant.
  7. Verwenden Sie die manuelle Bearbeitungsfunktion "Manual Edit" für die Flächenschwerpunkte mit mehreren oder verpasste micropost Positionen. Benutzen Sie die Maus, um das Fadenkreuz micropost in Frage durch Klicken und Ziehen sie über auswählen. Doppelklicken Sie innerhalb des Rechtecks ​​und legen Sie die fehlenden roten Marker in der vergrößerten Bildausschnitt, der automatisch schließt. Entsorgen eines solchen micropost wenn sie außerhalb der Zelle gezogen Kontur ist (siehe Schritt 4.5), bevor Sie fortfahren.
  8. Finden Sie die ideale micropost Gitter durch die Aktivierung der Funktion "Grid" mit einem Mausklick. Achten Sie darauf, die Position entspricht der wahren micropost Kopf, durch einen blauen Ring dargestellt ist, im Inneren der Zelle gezogen Umriss.
  9. Korrigieren Sie alle fehl am Platz Gittermacher innerhalb der Zelle Bereich, in dem über die entsprechende Funktion "Manuel Edit" mit einem Mausklick erforderlich. Verwenden Sie das Fadenkreuz, um die micropost in qu wählenestion durch Klicken und Ziehen sie über. Doppelklicken Sie in der erscheinenden Rechtecks ​​und legen Sie die fehlenden blauen Marker in der vergrößerten Bildausschnitt, der automatisch schließt.
  10. Über die Schaltfläche "berechnen Biegungen" per Mausklick, um ein Histogramm der berechneten Ablenkungswerte auf der Basis der Differenz zwischen der Position eines micropost innerhalb des Bildausschnitts und der erzeugten idealen Raster zu erhalten.
  11. Speichern Sie die vollständige Analyse einschließlich der Wertetabellen durch einen Mausklick auf "Speichern".
  12. Fahren Sie mit der Bildanalyse, entweder, indem Sie auf "Ansicht zurücksetzen" und zu analysieren, einen anderen Bildausschnitt oder Mausklick auf "nächstes Bild", das bequem mit der rechten Tastatur Cursor-Taste durchgeführt werden.

5. Datenanalyse - Mechanoprofiling

  1. Öffnen Sie die Datei "results.xls" mit einem Büro Tabellenkalkulationsprogramm aus dem Ordner mit den analysierten Bilder. Sie enthält die Daten all berechneten Werte einschließlich aller micropost Biegungen und Standard-Derivat Maßnahmen wie Arbeit (dh Substratverformungsenergie) von der Zelle analysiert.

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Ergebnisse

Der Hauptvorteil der beschriebenen Technik liegt in seiner Einfachheit und das Potenzial für eine schnelle und effektive Integration in die Routinelaborarbeiten. Die Kombination von hochwertigen kommerziellen Sensoranordnungen gepaart mit Open-Source-Software bietet Informationen über mechanisch-Empfindlichkeit, die sonst benötigt würde den Zugang zu Reinraumausstattung und vertiefte Kenntnisse der Bildanalyse und Softwareentwicklung. 1 veranschaulicht den Workflow des vorgestellten Verfahrens. Es begin...

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Diskussion

Diese Arbeit zielt darauf ab, den Bereich der Traktionskraftmikroskopie durch im wesentlichen Senkung technischen und praktischen Markteintrittsschranken voraus. Diese Barrieren kommen von zwei Seiten. In erster Linie sind die zahlreichen nicht-triviale technische Herausforderungen, die überwunden werden müssen reproduzierbar herzustellen und experimentell zu beauftragen eine micropost Array werden. Zweitens ist die in ähnlicher Weise nicht-triviale Bedarf an einer zuverlässigen halbautomatische Analyse von Einzelzellen...

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Offenlegungen

Der Hauptautor (NG) ist Mitbegründer der MicroDuits GmbH, dem kommerziellen Anbieter der in dieser Studie verwendeten Micropost-Arrays. Kein anderer Autor hat potenzielle Interessenkonflikte mit dieser Arbeit.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde unterstützt durch das Komitee Technologie und Innovation (KTI) Schweiz Stipendium 14796-PFLS-LSCTI. MicroPost-Arrays wurden großzügigerweise von der MicroDuits GmbH zur Verfügung gestellt.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
T25 ZellkulturflaschenNunc156367
1x PBS-PufferSigmaD8537
0,5% Trypsin-EDTALife Technologies15400054
Medium DMEM/F12SigmaD8437
FBS SüdamerikaLife Technologies10270106
Penicillin-Streptomycin 100xSigmaP4333
15 ml ZentrifugenfläschchenSarstedt62.554.502 
Micropost-Array vorbeschichtet mit Kollagen I/FibronektinMicroDuitsMPA-col1/FNMicropost-Abmessungen: Ø=6.4  &Mikro; m, l=18,2 &Mikro; m; Gitter=13 &Mikro; m, kcorr=2.87  nN/&Mikro; m
Ethanol abs p.A.Merck100.983
12-Well-PlatteNunc150628
Formalinlösung, neutral gepuffert 10%SigmaHT5011
Brilliant Blue G-250Sigma27815Coomassie blue
Methanol ACS p.A.Merck1.06009
EssigsäureSigma695092
GlasbodenschaleWillCo Wells BVGWSb-352235 mm Durchmesser, Öffnung 22  mm
T-100 EclipseNikonn/aInverses Mikroskop
D3-L3Nikonn/aKamerasteuerung
DS Fi2NikonKamera

Referenzen

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