מדדנו את שחרור המתח באקסון שlesioned באופן חלקי עם מבתר לייזר על ידי מדידת ספקטרוסקופיה כוח בו זמנית מבוצעת על בדיקה אופטית-לכודה דבקה הממברנה של האקסון. פרוטוקול הניסוי פיתחה מעריך את האקסון ההידבקות למצע התרבות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מדדנו את שחרור המתח באקסון שlesioned באופן חלקי עם מבתר לייזר על ידי מדידת ספקטרוסקופיה כוח בו זמנית מבוצעת על בדיקה אופטית-לכודה דבקה הממברנה של האקסון. פרוטוקול הניסוי פיתחה מעריך את האקסון ההידבקות למצע התרבות.
היווצרות של קשרים פונקציונליים עצבית ברשת פיתוח מושפעת על ידי רמזים חיצוניים. צמיחת neurite של נוירונים מתפתחים כפופה לאותות כימיים ומכאניים, והמנגנונים שבאמצעותם הוא חש ומגיב לאותות מכאניים הם הבינו היטב. הבהרת תפקידם של כוחות בהתבגרות תא תאפשר את העיצוב של פיגומים שיכולים לקדם את הידבקות תא וצימוד cytoskeletal למצע, ולכן לשפר את היכולת של סוגים שונים עצביים להתחדש לאחר פציעה.
כאן, אנו מתארים שיטה ליישם מדידות ספקטרוסקופיה כוח בו זמנית בנגע תא מושרה לייזר. אנו מודדים את שחרור מתח באקסון באופן חלקי על ידי מעקב lesioned interferometric סימולטני של חללית לכודה אופטי דבקה הממברנה של האקסון. פרוטוקול הניסוי שלנו מזהה את שחרור המתח עם רגישות piconewton, והדינמיקה של שחרור המתח ברזולוציה זמן אלפית השנייה. לכן, היא מציעה שיטת רזולוציה גבוהה ללמוד איך הצימוד מכאני בין תאים ומצעים יכול להיות מווסת על ידי טיפול תרופתי ו / או על ידי תכונות מכאניות שונות של המצע.
מיקרוסקופיה אופטית היא אחד ממערכת ההדמיה פחות פולשנית זמינה להתבונן תאי חיים. עם הניצול של תופעות כגון לחץ קרינה (כמו בפינצטה האופטית 1), או שטף פוטונים באנרגיה גבוהה (כמו בליזר המבתר 2), טכנולוגיה זו הוארכה עד ננו מניפולציה. מערכת ההדמיה האופטית מספקת שליטה מדויקת לדמיין ולתפעל מטרות הסלולר משנה 3. באותו הזמן, הודות לכיול מדויק של כוח לייזר נמסר, כלים אופטיים להשיג או מניפולציה מדגם רכה או פולשני עם שחזור חסר תקדים.
מספר מעבדות משולבות, באותה הגדרת ניסוי, פינצטה אופטית וליזר מבתר כדי לקטוע האברונים 4, לפתיל יחד 5 תאים שונים, או כדי לעורר את התאים על ידי מטענים מונעים אופטי 6,7. בעוד פינצטה אופטית, לאחר כיול של הקשיחות האופטית, תאפשרהשליטה הפעיל כוח לתא בקנה מידת piconewton, מערכות לייזר לנתיחה יכולה לווסת את המניפולציה אופטית, שנעה בין קרום צילום poration לאבלציה של אברונים או נתיחה בודדות של מבנים תת סלולריים. עם זאת, כיול נתיחת לייזר מסתמך על הערכה איכותית של הישות של מניפולציה אופטית ביחס לאנרגיה שנמסרה למדגם, המבוססת בעיקר על ניתוח תמונה הממחיש את השינויים מורפולוגיים שנגרמו לדגימת 8. בשיטה שהוצגה, אנו מדגימים כיצד לבצע מדידת ספקטרוסקופיה תוקף במהלך נתיחת axonal לייזר של נוירון פיתוח, לכמת, בקנה מידת piconewton, הכח הנוצר על ידי שיווי משקל משתנה במבנה שלד התא של תא משנה הסלולר 9. נוירונים בתרבית לדבוק במצע, ולקטב במהלך פיתוח. שלב הקיטוב מתרחש במהלך חמשת הימים הראשונים במבחנה. בשלב שתיים של קיטוב, אחד extrudneurites ing הופך ארוך יותר, וזה יהיה להבדיל להפוך האקסון 10. התארכות axonal בתגובה לכוח הגרירה בחרוט הצמיחה כבר דגם בעבר על ידי המודל של Dennerl 11. לאחרונה, מודל זה הורחב כדי לכלול 12 את התפקיד של הידבקות neurite למצעי מטריקס. מודל biophysical זו, מוצע לאחר תצפיות ניסיוניות 13, הראה כי משיכת כוחות על חרוט צמיחה, מתפשטת לאורך neurite, הם מווסת על ידי הידבקויות מוקד למצע. כמו כן, נגע axonal מייצר שחרור מקומי של מתח מתפשט לכיוון גוף התא. לפיכך, אנו מציעים כי מדידת מתח שוחרר כזו במיקום לאורך האקסון בין הנגע וסומה התא מציעה את האפשרות להעריך את סיכויי הריסון של הידבקויות מוקד שלא נפגעו.
אנו מכיילים את האנרגיה הדרושה פוטון-השטף של מבתר לייזר כדי לשלוט על היקף damag axonal נגרמהדואר, מחיתוך רוחב מלא לנגע חלקי. בעקבות הכיול, אנחנו חזרתי באופן חלקי לנגע את האקסונים של תאי עצב כמה מבדילים ופיתח את הפרוטוקול לכמת את שחרור המתח, וקיבל פרמטר הכמותי לאמוד את ההידבקות של האקסון למצע ובכך 14.
בעבודה הנוכחית, אנו מתארים בפירוט את הפרוטוקול פיתחה, המייצג את הליך ניסוי מדויק כדי להעריך ולהשוות עם רגישות piconewton הידבקות axonal למצע בתנאים שונים ניסיוניים כגון טיפול כימי 14, או סוגים שונים של תמיכת תרבית תאים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. התקנה אופטית
המערכת האופטית כל שתוארה קודם לכן 15. בקצרה, המערכת האופטית פינצטה מבוססת על גל רציף איטרביום (CW) הפעלה לייזר סיב ב 1064 ננומטר (IPG לייזר GmbH). מרחבי אור מאפנן (SLM) (LCOS-SLM, מודל X10468-07 - Hamamatsu) משתנה השלב של קרן לייזר אינפרא אדום נכנסת לשליטה במיקום של נקודת פוקוס ההשמנה על צלחת התרבות על ידי הולוגרמות שנוצרו במחשב. את התוכנה (קישור אינטרנט על שולחן ציוד) הולוגרמות שנוצרו זמינות באופן חופשי Blue-פינצטה מוקרנות על מאפנן אור מרחבי. אינטרפרומטר למדידות ספקטרוסקופיה כוח היה מבוסס על photodiode ארבע רבע (QPD, S5980 עם C5460SPL 6041 לוח - Hamamatsu) וphotodiode (פ"ד, PDA100A-EC - Thorlabs).
מקור נתיחת לייזר היה Nd UV תת שבריר שנייה פעם: YAG לייזר ב355 ננומטר (PNV-001,525-040, PowerChip ננו דופק UV לייזר - Teem Photonics). Acousto-אופטי מאפנן (MQ110-A3-UV, 355 ננומטר התמזגו סיליקה-AA-Opto-אלקטרוני) שלט בכוחו של לייזר UV נמסר למדגם.
האופטית הולוגרפית פינצטה ולייזר מייקר המבתר שולבו במיקרוסקופ זקוף שונה (BX51 - אולימפוס) מצוידים ב60x, NA מים 0.9 טבילת שלב objective.The של המיקרוסקופ מורכב מיניארי 3 ציר מנוע DC מייקר מיצוב המערכת (M-126.CG1, פיסיקה, מכשירים) ביצוע שלב ננו מיצוב נפרד 3 ציר פיזואלקטריים (P-733.3DD, פיסיקה, מכשירים) לשלב תנועה גסה של המדגם עם הרזולוציה משנה ננומטר של פייזו במה. מערכת הבמה מיקרוסקופ הייתה מצוידת בשתי לולאות בקרת סינרגיה פועל כדי לשמור על נקודת מיקוד ההשמנה במיקום הנכון, בהתאם למצב העבודה שנבחר (או מהדק עמדת כוח, סטטית או דינמית) 16. בפרט, לולאת משוב פנימית פועלת על במה פיזואלקטריים, כדי לשמור על חרוז בבחרמרחק אד ממרכז המלכודת. הלולאה החיצונית האחרת שולטת על מיקום הבמה הממונעת לנצל את האזור נחצה על ידי פייזו מפעיל בשטח גדול יותר מאשר 17 השבץ זמין שלה. כאשר פייזו השלב מגיע לגבול של השבץ זמין בכיוון אחד, הלולאה החיצונית עוברת שלב מיקרו בכיוון ההפוך, ובכך piezo מתאוששת לקראת המיקום המרכזי שלו, כי זה הוא מעקב חרוז לכוד דבק במדגם. כאשר פייזו השלב מגיע למצב של הטווח כמובן המרכזי, שלב מיקרו הופסק. פרטים נוספים על המערכת מדווחים בGuiggiani אח' 16,17.
מכשיר פלטייה (חימום QE1 התנגדות עם בקר מחמם ערוץ כפול TC-344B - וורנר מכשירים) שולט בטמפרטורה של תרבית התאים תחת מיקרוסקופ (37 מעלות צלזיוס). בתרבות, חומציות ולחות נשמרו בתנאים פיסיולוגיים על ידי הגזת polydimethyl האישי מעוצבשרוול siloxane (PDMS) (שילוב מטרת מיקרוסקופ) עם carbogen humidified (95% O 2, 5% CO 2).
2. הכנת תרבית תאים
כל פרוטוקולי הניסוי אושרו על ידי משרד בריאות האיטלקי. תרבויות העיקריות התקבלו מhippocampi של עכברים (C57BL6J, צ'ארלס ריבר) ביום עוברי 18 (E18).
3. ציפוי חרוז
4. בחר Neuron מבודד. ניתוק מחרוז תרבות המצע, מלכודת ולהעביר אותו לצד Neuron
5. להזיז את מיקום מלכודת ביחס לנקודת לייזר המבתרת ומיקום על ידי אקסון הולוגרמה מחשב שנוצר, וכייל את נוקשות פינצטה האופטיות
6. צרף את חרוז לאקסון. לבצע מדידת חיל Axotomy וסימולטני
7. לכמת לשחרר מתח סה"כ
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
התא מייצר כוחות המתיחה על המצע על ידי הידבקויות המוקד שלה. כוח שנוצר על ידי גורמי cytoskeletal נמצא בשיווי משקל עם כוח מנטרל את המצע של התרבות. לאחר נגע לייזר המושרה של neurite, חלק מכבלי cytoskeleton נדרכו הם שיבשו ומתח equilibrated הוא שוחרר בגלל כוח הנגדי של הידבקות המצע מתבטל. המתח שוחרר מופץ באופן חלקי על הידבקויות מוקד שלא נפגעו, והחרוז מצורף קרום התא, שהתקיים במלכודת אופטית, מודד את החלק של שחרור כזה לא נוטרל ע"י אלמנטי cytoskeletal עיגון התא למצע (ראה איור 1
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
אנו מדווחים בעבודה זו שיטה כמותית להשוואת הידבקות neurite למצע התרבות, על ידי ביצוע מדידת ספקטרוסקופיה כוח בו זמנית בנגע תא מושרה לייזר. שחרורו נמדד מתח קשור למידת ההדבקה של התא למצע: תאים עם מספר גבוה יותר של הידבקויות מוקד צריכים לשחרר פחות מתח. מדידת שחרור המתח במונחים של piconewtons מספקת כמות פיזית שבו כדי להעריך את הידבקות axonal לתמיכת התרבות בתנאים שונים 14 ניסויים.
מספר מעבדות משולבות מבתר ליי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.
אלברטו Guiggiani לפיתוח מערכת הבקרה בזמן אמת, אוולינה Chieregatti וHanako צושימה לדיוני תובנה, ג'אקומו Pruzzo ואלסנדרו פארודי לפיתוח אלקטרוניקה ותוכנה מותאמות אישית, וקלאודיה Chiabrera ומרינת נאני לייעוץ המקצועי שלהם וסיוע בהכנת תרבית תאים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| <חזק>ריאגנטים | |||
| >מיקרוספירות פולימר, 4 μ m, מעבדות פוני מצופות COOH | PC05N/6700 | ||
| ערכת צימוד חלבון PolyLink | Polyscience | 19539 | |
| <חזק>ציוד | |||
| לייזר IR לייזר | IPG לייזר GmbH | YLM-5-SC-LP | גל רציף ytterbium (CW) לייזר סיבים הפועל ב-1064 ננומטר, עם קיטוב ליניארי |
| מודולטור אור מרחבי | Hamamatsu | LCOS-SLM 10468-07 | |
| תוכנת פינצטה | כחולה קבוצת אופטיקה, אוניברסיטת גלזגו | תוכנה להורדה בחינם | http://www.physics.gla.ac.uk/Optics/projects/tweezers/slmcontrol/ |
| ImageJ | Hamamatsu | תוכנה | להורדה בחינםhttp://rsbweb.nih.gov/ij/ |
| QPD | Thorlabs | S5980 עם לוח C5460SPL 6041 | ארבע דיודות צילום מרובעות למדידת תזוזה של בדיקה לכודה x, y |
| Teem Photonics | PDA100A-EC | Photodiode למדידת תזוזה של בדיקה לכודה z | |
| לייזר UV ננו-פולס | AA-optoelctronics | PNV-001525-040 | לייזר UVA פועם, אורך דופק 400 ps |
| מודולטור אופטי אקוסטי | אולימפוס | MQ110-A3-UV, 355 ננומטר מיקרוסקופ זקוף סיליקה | |
| Andor | BX51 | מצויד במטרת טבילה במים 60, 0.9 NA, | |
| CCD | Warner Instruments | V887ECSUVB מכשיר EMCCD | |
| Peltier | Physic Instruments | QE1 חימום התנגדות עם מחמם ערוץ כפול TC-344B שלב | |
| : שלב מיקרו + פייזו | מכשירים לאומיים שלושה | שלבים ליניאריים M-126. CG1 נושא שלב מיקום ננו-אלקטרי פיזואלקטרי נפרד בעל 3 צירים P-733.3DD | |
| Daq | NI PCI-6229 | רכישת מיקום x, y, z של הגשושית הכלואה, ושליחת אותות לולאת משוב לשלב המיקרוסקופ | |
| ממשק יישומים בזמן אמת לינוקס (RTAI) | מערכת לולאת משוב בזמן אמת, לשליטה במיקום הבמה, שפותחה על שולחן עבודה ייעודי למחשב |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.