פרוטוקול זה מתאר את השימוש בזיזי סיליקון microscale כמשטחי תרבות גמישים למדידת ההתכווצות של תאי שריר במבחנה. התכווצות סלולרית גורמת לכיפוף שלוחה, הניתן למדידה, נרשם, והוסב לקריאות כוח, מתן מערכת לא פולשנית וניתן להרחבה למדידת תפקוד התכווצות במבחנה.
מאמר שיטה
פרוטוקול זה מתאר את השימוש בזיזי סיליקון microscale כמשטחי תרבות גמישים למדידת ההתכווצות של תאי שריר במבחנה. התכווצות סלולרית גורמת לכיפוף שלוחה, הניתן למדידה, נרשם, והוסב לקריאות כוח, מתן מערכת לא פולשנית וניתן להרחבה למדידת תפקוד התכווצות במבחנה.
הפיתוח של מבחני חוץ גופייה יותר חזוי ורלוונטיים מבחינה ביולוגית מתבסס על קידום מערכות תרבית תאים צדדי המאפשרות הערכה התפקודית של תאי זרע. לשם כך, טכנולוגית שלוחה microscale מציעה פלטפורמה שבה למדוד את הפונקציונליות ההתכווצות של מגוון רחב של סוגי תאים, כוללים שלד, לב, ותאי שריר חלק, דרך הערכת מצע התכווצות מושרה כיפוף. יישום של מערכי שלוחה ריבוב מספק את האמצעים לפיתוח מתון לפרוטוקולי תפוקה גבוהה להערכת יעילות תרופה ורעילות, פנוטיפ מחלה והתקדמות, כמו גם יחסי גומלין תוקפת ותאי תאים אחרים. כתב יד זה מספק פרטים עבור בודה מערכי שלוחה אמינות למטרה זו, ושיטות הנדרשות להצלחת תאי תרבות על משטחים אלה. תיאור נוסף מסופק על הצעדים דרושים כדי לבצע אנאלי פונקציונלייסיס של סוגי תאי התכווצות שמר על מערכים כאלה באמצעות מערכת פוטו וגלאי לייזר ורומן. נתוני הנציג סיפקו רגעי שיא הדיוק והטבע לשחזור של הניתוח של פונקצית התכווצות אפשרית באמצעות מערכת זו, כמו גם מגוון הרחב של מחקרים שלטכנולוגיה כזו יכולה להיות מיושמת. אימוץ נרחב מוצלח של מערכת זו יכול לספק לחוקרים את האמצעים לבצע מחקרים תפקודיים מהירים, עלות נמוכה במבחנה, שמוביל לתחזיות מדויקות יותר של ביצועי רקמות, התפתחות מחלה ותגובה לטיפול טיפולי חדשני.
התרבות במבחנה של תאי שריר ממקורות אנושיים ומכרסמים כאחד אפשרית במשך עשרות שנים1,2. עם זאת, בעוד שתכשירי כיסוי סטנדרטיים שימושיים להערכה ביוכימית, הם אינם מקלים על ניתוח התפוקה התפקודית העיקרית של התא (התכווצות), ולכן הם בעלי ערך מוגבל במקצת כאמצעי להערכת התבגרות התאים והביצועים. על מנת למקסם את כמות הנתונים שניתן להשיג מתרביות מבחנה כאלה, יש צורך לקדם את הפיתוח של מערכות המסוגלות לאכלס תאים כאלה בתצורות המאפשרות הערכה בזמן אמת של ביצועיהם התפקודיים. הקמתם של מספר רב של מודלים תלת מימדיים של שרירים עשתה התקדמות מסוימת לקראת מילוי צורך זה, ומערכות כאלה שימשו במספר פרסומים כאמצעי להערכת יכולת ההתכווצות של תאי שריר מתורבתים במבחנה3-5. בעוד שמערכות כאלה לא יסולא בפז עבור מחקרי מידול ושחזור רקמות, הן מוגבלות ביישומם למחקרים של תגובות תא בודד. במקרים כאלה בהם יש צורך במחקרי סיבים בודדים, מתודולוגיות ex vivo מורכבות ועתירות עבודה נותרו האפשרות היחידה6-10. יתר על כן, התנועה הנוכחית לקראת פיתוח פלטפורמות מורכבות ומרובות איברים לפיתוח תרופות ופרוטוקולי סינון מחייבת הקמת מערכות שאינן פולשניות, ניתנות להרחבה בקלות ומשתלבות בקלות עם תאים תומכים ומודלים של רקמות11.
שלוחים בקנה מידה מיקרו מציעים שיטה פשוטה להערכת יכולת ההתכווצות התפקודית של תאים בודדים/אוכלוסיות קטנות של תאים12,13. הטכניקה מבוססת על טכנולוגיית מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM)14, ומשתמשת במערכת לייזר וגלאי פוטו כדי למדוד סטייה שלוחה בקנה מידה מיקרו בתגובה לפעילות התכווצות של צינור שריר השריר בתרבית. משוואות סטוני ששונו משמשות לאחר מכן לחישוב המתח בצינור השריר, והכוח המופעל על ידי צינור השריר על מנת ליצור את סטיית המצע הנצפית15. נכתבה תוכנית סריקה המאפשרת הערכה סימולטנית של מערכי שלוחה מרובים, המציעה יישומים פוטנציאליים בתפוקה בינונית עד גבוהה למחקרי רעילות/יעילות תרופות15,16. טכנולוגיה כזו עשויה להתגלות כבעלת ערך רב בפיתוח מבחנים פונקציונליים פרה-קליניים לחיזוי יעילות תרופות in vivo. יתר על כן, ייצור שבבי שלוחה בסיליקון אינו מעכב עיבוד לאחר ניתוח של תאים לבדיקות ביומולקולריות סטנדרטיות כגון צביעה חיסונית, כתמים מערביים ו-PCR.
כתב יד זה מספק הוראות מפורטות על ייצור והכנה של שלוחות-סיליקון בקנה מידה מיקרו, הגדרת החומרה והתוכנה והנחיות ההפעלה להערכת הפונקציונליות של תאים מכווצים שגודלו על שבבים אלה. ניתן ליישם טכניקות תרבית תאים סטנדרטיות לציפוי ותחזוקה של תאים על משטחים אלה, ומכאן שכל סוג תא מכווץ שעבורו קיימים פרמטרים אמינים של תרבית צריך להיות מסוגל להשתלב עם מכשיר זה בקלות. פרמטרי התרבית הדו-ממדית הפשוטים יחסית המשמשים במערכת זו הופכים את האינטגרציה של מודלים תאיים אחרים או תוספת של סוגי תאים שיכולים לקיים אינטראקציה עם שרירים (כגון נוירונים עצבניים) ישירה, מה שמגדיל מאוד את הישימות של מודל זה בפיתוח מבחנים פונקציונליים מורכבים יותר במבחנה ומודלים מרובי איברים של מערכות יונקים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ייצור .1 צ'יפ קונסוליים
פרטים בתמונות של שלבי הייצור המתוארים ניתנים באיור 1.
תרבות .2 סלולארי
.3 התקנה של חומרה ותוכנה לניתוח תומכת הסטה
.4 הקלטת תומכת הסטת נתונים
.5 ניתוח של תומכת הסטת נתונים
משוואה 2
משוואה 3 הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תרבות המוצלחת של תאי התכווצות בזיזים היא הליך פשוט יחסית, תוך שימוש בטכניקות תרבית תאים סטנדרטיים (איור 5). אחוז זיזי תמיכה תאי הידבקות ישתנה בהתאם לסוג תא שנבחן וטכניקת תרבות מסוימת המועסקת. שימוש בתאים עובריים ראשוניים נבעו מגפיים אחוריות עכברוש, פעילות ההתכווצות התגלתה ביום 12 ב% מזיזים שנבדקו (n = 4). ניתוח של פונקצית התכווצות באמצעות מערכת הלייזר וצילום גלאי תיארה מספק נתונים בזמן אמת מדויקים הנוגעים לבגרות התפקודית של תאי זרע. שימוש בתוכנת אלקטרו סטנדרטי לאח...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
השלבים הקריטיים בניתוח זיזים מיקרוסקופים לראיות של התכווצות סלולרית הם המיקום של שבב שלוחה בתוך הבמה מיקרוסקופ, והיישור הבא של הלייזר וצילום גלאי עם הקצה של זיזי הפינה במערך. אם זה לא נעשה באופן מדויק, ולאחר מכן את התוכנה לא תוכל להסיק את עמדותיהם של הזיזים שנותרו במערך, שעלול לגרום להצטברות של תשלילים כוזבים במהלך איסוף הנתונים. מפעילים צריכים לטפל על מנת להבטיח כי שבב שלוחה משקר מיושר עם תחתית צלחת התרבות לפני כיול עמדות הלייזר. אם השבב יושב בזווית בצלחת, זה יהיה לשנות את דרכה ש...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
מחקר זה מומן על ידי המכון הלאומי לבריאות מענק המספרים R01NS050452 וR01EB009429. ייצור של שבבי שלוחה בוצע באופן חיצוני על ידי משתפי פעולה במתקן nanofabrication ממוקם באוניברסיטת קורנל. כל הציוד המשמש בתהליך ייצור שלוחה היה ממוקם במתקן זה. תודה מיוחדת למנדי Esch וז'אן מתיו Prot על סיועם במייקרו ייצור שלוחה. אנימציה וידאו של פונקציונליות שלוחה נוצרה על ידי צ'רלס יוז, אלכס Zelenin ואריק Imperiale מהמעבדה למציאות סינתטית בUCF.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מדיום צמיחת שריר עכברוש ראשוני מדיום | |||
| נוירובזאלי | טכנולוגיות חיים | 21103-049 | |
| B27 (50x) | Life Technologies | 17504044 | 1x |
| גלוטמקס (100x) | Life Technologies | 35050061 | |
| 1x G5 תוסף | חיים | 17503-012 | 1x |
| נגזר גליה מדעי תא הגורם הנוירוטרופי | CRG400B | 20 ננוגרם/מ"ל | |
| מדעי התא | הנוירוטרופיים שמקורם במוח | CRB600B | 20 ננוגרם/מ"ל |
| מדעי התא | CRC400A | 40 ננוגרם/מ"ל | |
| נוירוטרופין-3 | מדעי התא | CRN500B | 20 ננוגרם/מ"ל |
| נוירוטרופין-4 | מדעי התא | CRN501B | 20 ננוגרם/מ"ל |
| טכנולוגיות חיים של גורם גדילה פיברובלסטים חומציים | 13241-013 | 25 נ"ג/מ"ל | |
| קרדיוטרופין-1 | למדעי התאים | CRC700B | 20 ננוגרם/מ"ל |
| הפרין סולפט | סיגמא | D9809 | 100 נ"ג/מ"ל |
| גורם מעכב לוקמיה | סיגמא | L5158 | 20 נ"ג/מ"ל |
| Vitronectin | Sigma | V0132 | 100 ננוגרם/מ"ל |
| התמיינות שרירי חולדה ראשונית מדיום | |||
| NB Activ 4 | Brain Bits LLC | NB4-500 | |
| ציוד | |||
| Class 2 לייזר דיודה אדומה | ניופורט | ||
| גלאי צילום | נח תעשיות | ||
| דגם 2100 דופק מערכות ממריץ | A-M Multiclamp | ||
| 700B Digitizer | Axon Instruments | ||
| תיקון מהדק מיקרוסקופ ושלב | תרבות אולימפוס | ||
| דלתא T4 | אקסוסקופ | ||
| מולקולריים | |||
| LabVIEW מכשירים | לאומיים | ||
| 37 oC, 5% CO2 חממה | NAPCO | ||
| Class 2 קולט אדים זרימה מיקרוביולוגית | Labconco | ||
| פיפטות וטיפים | Eppendorf |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה