כאן אנו מציגים מיקרו droplet למיעון-מערכים (עיוותים), שיטה מערך מבוסס droplet מסוגל לקבוע חלבון מוחלטת שפע תאים בודדים. נדגים את היכולת של ארכיון דיגיטלי כדי לאפיין את הטרוגניות בביטוי של p53 חלבון משתיק קול גידול בקו תאים סרטניים אנושיים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
כאן אנו מציגים מיקרו droplet למיעון-מערכים (עיוותים), שיטה מערך מבוסס droplet מסוגל לקבוע חלבון מוחלטת שפע תאים בודדים. נדגים את היכולת של ארכיון דיגיטלי כדי לאפיין את הטרוגניות בביטוי של p53 חלבון משתיק קול גידול בקו תאים סרטניים אנושיים.
לעיתים קרובות הסלולר התנהגות ותגובות הסלולר מנותחים ברמת האוכלוסייה שם התגובות של תאים רבים הם איחדו יחד בתור תוצאה הממוצע מטשטשים את אופן הפעולה של תא בודד עשיר בתוך אוכלוסיה מורכבת. טכנולוגיות זיהוי, כימות של חלבון תא בודד הפכו את השפעה מדהימה בשנים האחרונות. כאן נתאר פלטפורמה ניתוח תא בודד פרקטי ומודולרי המבוסס על מיקרו-מערכים למיעון droplet. מחקר זה מתאר כיצד ניתן למדוד את המספרים העתקה מוחלטת של חלבונים היעד ברזולוציה של תא בודד. P53 משתיק קול גידול הוא גן שעבר מוטציה הנפוצות ב סרטן אנושי, עם יותר מ- 50% של מקרי סרטן הכולל מפגין דפוס ביטוי p53 שאינם בריאים. הפרוטוקול מתאר את השלבים ליצירת 10 טיפות nL שבתוכו תאים סרטניים אנושיים יחיד מבודדים, המספר עותק של החלבון p53 נמדדת ברזולוציה של מולקולה בודדת כדי לקבוע במדויק ההשתנות בביטוי. ניתן להחיל את השיטה לכל סוג התא כולל חומר ראשוני כדי לקבוע את המספר המוחלט עותק של חלבונים היעד בכל עניין.
המטרה של שיטה זו היא לקבוע את הווריאציה בשפע של חלבון המטרה באוכלוסיה תא ברזולוציה של תא בודד. ניתוח תא בודד מספק מספר יתרונות שאינם זמינים עם שיטות ביוכימיות הרכב המסורתי. 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . ראשית, עבודה ברמה תא בודד יכול ללכוד את הטרוגניות עשיר של אוכלוסיית תאים אחרת אהיה אבודה על ידי חישוב ממוצע המתרחשת עם טכניקות הביוכימי הרכב המסורתי. רוב שיטות ביוכימיות סוס עבודה לעבוד עם הנפח, המחייב, כמו שעושים בדרך כלל, מיליוני תאים כדי לקבל תוצאה. כמובן, ההשלכות של הערכת אוכלוסיות התא כולו תלוי במספר גורמים, לדוגמה, את הטרוגניות בביטוי חלבונים בו כמה תכונות חשובות של ההתפלגות של חלבון שפע עשויים לפספס. מנקודת מבט מעשית, הרגישות הדרושה של תא בודד טכניקות להפוך אותם מסוגלים לעבוד עם כמויות של חומר ביולוגי אינו מספיק אפילו טכניקות בכמות גדולה יותר רגיש לתפקד. דוגמה מפתח היא המחקר של סוגי תאים נדירים כגון מחזורי תאים סרטניים (CTCs) שבו גם עבור חולים עם השקפה prognostic מסכן פחות מ 10 CTCs עשוי להיות נוכח דם בודדת 7.5 mL לצייר. 6 . נציג המתודולוגיה הדרושים לביצוע מדידות חלבון תא בודד באמצעות אמצעי אחסון מופחת נוגדן מבוססי assay העסקת טיפות שמן הכתיר מודפס על microarray נוגדן.
Microfluidic droplet פלטפורמות הם תפוקה גבוהה, מסוגל לייצר אלפי טיפות לכל השנייה, יכולת אנליטית, אפילו culturing, תאים בודדים טיפות בודדות כדי לבצע מגוון רחב של מבחני הביוכימי. טכניקות מבוססות droplet מתאימים היטב לניתוח תא בודד,7,8,,9 , עם דוגמאות הבולטים האחרונים כולל DropSeq10 ו- inDrop11, אשר יש בגילויים באופן משמעותי בכוח טכניקות הגברה. את כמות מוגבלת של חומר ושיטות אין של הגברה חלבונים להפוך לתא בודד פרוטאומיקס מאתגר במיוחד.
טיפות עשוי להיות מנותח על ידי מספר שיטות, מיקרוסקופיה פלורסצנטיות כבר בשימוש נרחב. מולקולה בודדת טכניקות כגון מיקרוסקופ גמורה קרינה פלואורסצנטית (TIRF) מאפשר מולקולות פלורסנט, ניתן לאבחן עם יחס אות לרעש ללא תחרות. 12 עקב דעיכה מעריכית השדה evanescent, רק fluorophores בסמיכות גבוהה על פני השטח (סדר 100nm) נרגשים ביצוע TIRF אסטרטגיה טובה מזהה כמויות קטנות של מולקולה היעד תערובת מורכבת. החוזק הפנימי אופטים אופטי של TIRF גם מסייעת להימנע שטיפת מדרגות, וזמינותו מגבלות הזמן והמורכבות. עם זאת, TIRF דורש משטחים מישוריים, דוגמאות של מיקרוסקופ TIRF חלה על טיפות בזרימת לערב היווצרות של משטח מישורי אשר לתמונה. 13 למטרה זו, תא בודד פרוטיאומיה מבנית טכניקות לעיתים קרובות עיצוב microfluidic צ'יפס סביב סוכני השטח. מרותק למיטה לכידה בפורמט microarray. 4 , 14
טיפות, עצמם, עשוי להיווצר מערכים על משטחים מישוריים, מיקרו-מערכים droplet כביכול. 15 , 16 , 17 במרחב ארגון טיפות לתוך מערכי מאפשר להם להיות נוח ליצור אינדקס, בקלות במעקב לאורך זמן, באופן אינדיבידואלי התייחס ולאחזר, במידת הצורך. מיקרו-מערכים droplet ניתן להשיג צפיפות גבוהה של מיקרו-כורים עם אלפי רכיבים לכל שבב שעמד חופשי או נתמך על-ידי microwell מבנים. 18 , 19 , 20 . הם עשויים להיווצר על ידי התצהיר רציפים ע י טיפול בנוזלים רובוטים, הזרקת דיו יבחינו פנה microarrayers21,22,23,24,25, 26 , או שהם יכולים להרכיב עצמית על משטחים כגון superhydrophillic כתמים בדוגמת על משטח superhydrophobic. 27 , 28 , 29
עם שיקולים אלה בחשבון, Droplet למיעון מיקרו-מערכים (עיוותים) תוכננו כדי לשלב את צדדיות, מיעון המרחבי ואמצעי אחסון מופחת של מיקרו-מערכים droplet עם הרגישות של מולקולה בודדת מיקרוסקופ TIRF כדי באופן כמותי למדוד חלבון שפע. 5 ארכיון דיגיטלי מאפשרים ניתוח תא בודד ויוצרים microarray droplet המכיל תאים בודדים מעל microarray נוגדנים, אשר הוא אז הכתיר בשמן כדי למנוע אידוי. נפחי טיפות הם נפרדים כדי למנוע הפסד דגימה אחרת תושג ע י על שבב valving ב מיקרופלואידיקה זרימה רציפה. 30 כמות חלבון המטרה של תא בודד המוחלט הוא קטן מאוד; עם זאת, נפח מופחת טיפות מאפשר ריכוז מקומי גבוה יחסית כדי בכך שהם מזוהים באמצעות assay נוגדן של כריך - נוגדן הוא משותק באזור ברורים, או נקודה, על משטח אשר לוכדת חלבון אשר בתורו מאגד כדי fluorescently עם תוויות ברורות זיהוי נוגדנים נוכח האחסון droplet. כמו ללא תווית בגישה (כלומר חלבון מטרות לא צריך להיות מתויג ישירות), ארכיון דיגיטלי הם חלים באופן כללי על ניתוח תאים ממקורות ראשוניים, כגון דם מעובד, בסדר צריך aspirates הפומבית הגידול ביופסיות, כמו גם תאים מתרבות, lysates שלהם.
מדידת וריאציית בשפע חלבון לרוחב אוכלוסיה תא חשוב בקביעת את הטרוגניות בתגובה, לדוגמה, את הסם, יסייעו במתן תובנה תאיים מסלולים, הערכת subpopulations שלהם התנהגות כמו גם לזהות אירועים נדירים אחרת להיות רעולי פנים על ידי שיטות בצובר. פרוטוקול זה מתאר כיצד להפיק ולהשתמש מיקרו-מערכים למיעון droplet כדי לקבוע באופן כמותי של השפע p53 פקטור שעתוק בתאים סרטניים אנושיים, עשוי לשמש כדי לחקור את התפקיד של p53 בתגובה תרופות כימותרפיות. חלבון המטרה נקבעת על-ידי הבחירה של נוגדנים לכידת וזיהוי, עשוי להיות שונה כדי לכלול יעדים שונים או יותר. ההוראות מסופקות כדי לבנות מנגנון פשוט שילוב זרבובית קונצנטריים מ ציוד מעבדה כללי כדי באופן ידני מערך 10 טיפות nL כתרים עם שמן. התהליך הניסויי מלא מתואר לפיה לכל droplet ואז נטען עם תא בודד, אשר לאחר מכן lysed, הביטוי של חלבונים נקבע עם רזולוציה מולקולה בודדת באמצעות מיקרוסקופ TIRF.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכנה
2. יוצרים טיפות למיעון ו'טען עם תאים בודדים
3. ניתוח נתונים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המספר עותק חלבון הבזליים מוחלטת של p53 נקבע עם רזולוציה תא בודד בקו תא סרטן המעי הגס האנושי, להיות תאים. נדגים כיצד הביטוי p53 יכול המשתנים במספר סדרי גודל ולהראות מתאם חיובי חלש בין תא גודל וחלבון עותק מספר בתוך האוכלוסייה התא להיות מנוחתו.
מיקרו-מערכים Droplet למיעון נוצרות כאשר טיפות מימית הם ויתרו במיקומים ספוט נוגדן, כתרים עם שמן. . כאן, טיפות תומכים וזמינותו חלבון p53 רגיש. Coverslips נערכים עם לכידת נוגדן כתמים באמצעות mi...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מיקרו-מערכים Droplet למיעון הם שיטה רגישה וניתן להרחבה לקביעת באופן כמותי את המספר המוחלט עותק של חלבונים בתוך תא בודד.
הגבלת הרמה של איגוד שאינם ספציפיים (נאצית) חיוני בתוך הפרוטוקול להשגת כמו נמוך מגבלה של זיהוי ככל האפשר. חלבונים ו מינים אחרים הביוכימי הלא ספציפית עלול להיקשר אל מספר רב של ממשקים מתנה בתוך טיפות – פני השטח coverslip, הנוגדן ספוט וממשק בשמן/מים. חלבונים יכולים לאבד על-ידי חלוקה למחיצות של הממשק או השמן עצמו. אנחנו הראו כי 4% BSA נוכח ה-droplet מימית הוא מסוגל להגביל נאצית של...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים אין לחשוף.
ASR תוכנן ניסויים, פיתח פרוטוקולים, ניתחו נתונים. SC ו PS ביצע ניסויים גודל התא. ASR ו OC כתב היד. המחברים מאחלים לאשר בתודה את התמיכה של פרופסור דוד ר קלוג למתן גישה לציוד. המחברים רוצים להודות את אימפריאל קולג מתקדם Hackspace לגישה פבריקציה נוספת ומתקני טיפוס.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| <חזק>תרבית תאים | |||
| תמיסת מלח חוצצת פוספט (PBS) | Life Technologies | 10010015 | |
| DMEM סרום בקר עוברי | סיגמא | D6429 | |
| FBS) | צלוחיות | S0115 | |
| קורנינג | SIAL0639 | ||
| טריפסין/EDTA | Biochrom | L2153 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Microarray | |||
| Microcontact Arrayer | DigiLab, בריטניה | OmniGrid Micro | |
| Micro Micro Finin ArrayIt, ארה"ב | 946MP2 | ||
| כיסויים (Nexterion) | שוט, אירופה | 1098523 | גודל (מ"מ): 65.0 x 25.0; עובי (מ"מ) 0.17 |
| p53 נוגדן ללכידה | Enzo | ADI-960-070 | |
| p53 נוגדן לזיהוי, Alexa Fluor 488 שכותרתו | Santa Cruz | sc-126 | ריכוז מלאי 200μ גרם/מ"ל |
| מאגר מלוח-נתרן ציטראט | Gibco | 15557-044 | |
| בטאין | סיגמא | 61962 | |
| נתרן דודציל סולפט | סיגמא | L3771 | |
| צלחת באר 384 (נפח נמוך) | סיגמא | CLS4511 | |
| צילינדר גז חנקן | BOC | כיתה תעשייתית, ללא | |
| <חזק>שם | חברה | מספר קטלוגי | Comments |
| Droplets | |||
| Micromanipulator | Eppendorf | Patchman NP2 | |
| ידני Microinjector | Eppendorf | CellTram Vario | |
| Micropipette | Origio, דנמרק | MBB-FP-L-0 | |
| KD | Scientific | KDS-210 | |
| 100 μ מזרק L | המילטון | 81020 | אטום לגז, PTFE Luer lock |
| 1 מ"ל מזרק | המילטון | 81327 | אטום לגז, PTFE Luer lock |
| מבודד סיליקון | Grace Bio-Labs | JTR24R-A-0.5 | 6x4 באר מבודד סיליקון עם דבק |
| חותך לייזר | VersaLASE | VLS2.30 CO2 לייזר 3W | לחיתוך לייזר של מבודדים מותאמים אישית |
| 1 מ"מ עבה גיליון | אקריליגיליון דיוק Weatherall-UK | Clarex 001 | לחיתוך לייזר של מבודדים מותאמים אישית |
| גיליון דבק | 3M | המשמש להדבקת מבודדים מותאמים אישית לכיסויים מיקרו-מערכים | |
| סופר | Loctite | ||
| 150 μ m ID/360 μ m OD צינורות סיליקה התמזגו | IDEX | FS-115 | |
| 1.0 מ"מ ID/1/16 אינץ' צינורות OD PFA | IDEX | 1503 | |
| 0.014 אינץ' ID/0.062" OD PTFE צינורות | Kinesis | 008T16-100 | |
| 1.0 מ"מ ID/2.0 מ"מ OD צינורות FEP | IDEX | 1673 | |
| בקר סרום אלבומין (BSA) | Fisher Scientific | BP9700100 | |
| שמן מינרלי | Sigma | M5904 | |
| מים טהורים במיוחד | Millipore, גרמניה | MilliQ | |
| שם | חברה | <חזק>מספר קטלוגי | <חזק>תגובות |
| <חזק>מיקרוסקופיה & מיקרוסקופ אופטיקה | |||
| TIRF עם שלב XY מקודד | ניקון, יפן | Nikon Ti-E | |
| EM-CCD | Andor Technologies, אירלנד | IXON DU-897E | |
| Vortran, ארה"ב | Stradus 488-50 | ||
| מקור לייזר ליזה אופטית | Continuum, ארה"ב | מיקרוסקופ Surelite SLI-10 | |
| קוביית מסנן עבור TIRF | Chroma, ארה"ב | z488bp | |
| קוביית מסנן מיקרוסקופ עבור לייזר ליזה אופטי | 2000, בריטניה | LPD01-532R-25 | |
| <חזק>שם | <חזק>חברה | <חזק>מספר קטלוגי | <חזק>הערות |
| ><חזק>תוכנה | |||
| תוכנת ניתוח תמונות | בקוד | של פיג'י | |
| Matlab | Mathworks | גרסה 7.14 ומעלה | ניתוח תמונות |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.