פרוטוקול זה מתאר את ייצור הידרוג'לים פוליאקרילאמידיים עם קשיחות ניתנת לכיוון כדי לחקור את השפעות מכניקת המטריצות על התנהגות תאי ליידיג גזע במערכת תרבית דו-ממדית מבוקרת.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה מתאר את ייצור הידרוג'לים פוליאקרילאמידיים עם קשיחות ניתנת לכיוון כדי לחקור את השפעות מכניקת המטריצות על התנהגות תאי ליידיג גזע במערכת תרבית דו-ממדית מבוקרת.
נוקשות במטריקס חוץ-תאית (ECM) מווסתת באופן קריטי את התנהגות תאי הגזע. בעבר הראינו כי עלייה פתולוגית בנוקשות המטריקס במהלך ההזדקנות משביעה על ההומאוסטזיס של תאי הגזע Leydig (SLC), מה שמוביל לירידה בטסטוסטרון. בהתבסס על תגלית זו, אנו מציגים כאן פרוטוקול מפורט—שפותח במקור במעבדתנו—לייצור הידרוג'לים פוליאקרילאמידיים (PA) עם קשיחות ניתנת לכוונון כדי למודל את מיקרו-סביבת האשכים במבחנה. שיטה זו מאפשרת יציקה חוזרת של ג'לים בטווח קשיחות של 1–100 קילופסקל, המכסה תנאים פיזיולוגיים ופתולוגיים. השלבים המרכזיים כוללים ערבוב מדויק של אקרילאמיד/ביס-אקרילאמיד, איזון נפיחות ג'ל, הפעלת פני השטח עם סולפו-SANPAH, וציפוי קולגן לתמיכה בהידבקות ובתרבית של SLC. אנו מספקים נוסחאות אופטימליות לקשיחות מטרה והנחיות לפתרון תקלות לבעיות נפוצות כמו פולימריזציה לא שלמה וחיבור תאים לקויה. מערכת זו מאפשרת חקירה שיטתית של האופן שבו קשיחות הסובסטרט מווסת התפשטות, התמיינות ותפקוד סטרואידוגני של SLC בתנאים דו-ממדיים מוגדרים. מעבר לביולוגיה רבייתית, היא משמשת גם פלטפורמה חשובה למחקרים מכנוביולוגיים בסוגי תאים אחרים ולסקר טיפולים המתמקדים בתפקוד לקוי הקשור לנוקשות.
התכונות המכאניות של המטריצה החוץ-תאית (ECM) ממלאות תפקיד מרכזי בוויסות גורל תאי הגזע, כולל התפשטות, התמיינות ותחזוקה פונקציונלית 1,2,3,4. באשך, הידוק ECM הקשור לגיל נחשב לירידה בייצור הטסטוסטרון. עם זאת, המנגנונים המכנוביולוגיים הבסיסיים עדיין אינם מובנים היטב, בין היתר בשל היעדר מודלים סטנדרטיים במבחנה שמסכמים בנאמנות את טווח הנוקשות הפיזיולוגית של נישת האשכים. הנוקשות הפיזיולוגית של רקמת אשכים צעירה בעכבר היא כ-1–15 קילופסקל, בעוד שרקמה מיושנת או פיברוטית יכולה להגיע ל-20–30 קילופסקל ומעלה.
הידרוגלים פוליאקרילאמיד (PA) הפכו לפלטפורמה רב-שימושית לחקר אינטראקציות בין תאים-מטריצות, משום שניתן לכוון בדיוק את קשיחותם על ידי שינוי היחס בין אקרילמיד לביס-אקרילמיד 5,6. בהשוואה למצעות אחרות כמו זכוכית מצופה קולגן או הידרוג'לים מסחריים, ג'לי PA מציעים שליטה עצמאית על הקשיחות וצפיפות הליגנדים הביוכימית, ומאפשרים ניתוח שיטתי של רמזים מכניים. למרות שקיימים מספר פרוטוקולים לייצור ג'ל PA 7,8,9, לעיתים קרובות חסרים להם אופטימיזציה מפורטת לסוגי תאים מסוימים, במיוחד לתאים ראשוניים נדירים כמו SLCs.
כאן אנו מציגים פרוטוקול עמיד וניתן לשחזור להכנת הידרוג'לים PA עם קשיחות מוגדרת (1–100 קילופסקל) המותאם לגידול SLCs של עכברים. השיטה כוללת הוראות שלב אחר שלב ליציקת ג'ל, איזון נפיחות, פונקציונליזציה של פני השטח באמצעות סולפו-SANPAH, וציפוי קולגן לקידום היצמדות התא. על ידי ביצוע פרוטוקול זה, חוקרים יכולים ליצור מצעים בעלי קשיחות ניתנת לכיוון (הנעה בין 1 ל-100 קילופסקל) המדמים את הסביבה המכאנית של אשכים צעירים (רכים) ומבוגרים (נוקשים), ומאפשרים חקירה כמותית של תגובות SLC התלויות בקשיחות. המערכת גם מותאמת לסוגי תאים רגישים למכאניים אחרים ומספקת פלטפורמה לסקר סמים המתמקד בפתולוגיות הקשורות לנוקשות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל ההליכים לבעלי חיים אושרו על ידי ועדת הטיפול והשימוש בבעלי חיים המוסדית של אוניברסיטת סון יאט-סן (אישור מס' SYSU-IACUC-2026-B1278) ובוצעו בהתאם להנחיות המוסדיות.
1. בידוד ותרבות של SLCs ראשוניים בעכברים
2. הרכבת מיכל הזכוכית ליציקת ג'ל
3. הכנת תמיסת תערובת ג'ל PAGE
4. הוספת יוזם וזרז, ויציקת הג'ל
5. שפיכת התמיסה המעורבת
6. לאפשר לג'ל לפולימר
7. פירוק המיכל וקצירת הג'ל
8. חיתוך והעברת הג'ל לפלטת תרבית
9. שטיפה ראשונית והקרנת UV
10. הפעלה של מקשר צולב סולפו-סנפה
11. הפעלת Crosslinker ושטיפות סופיות
12. הכנת פתרון קולגן מסוג I לזנב עכברוש
13. ציפוי קולגן ודגירה
14. הקרנת UV משנית וקיבוע
15. הסרת קולגן ותאי זרע לא קשורים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ביצוע מוצלח של פרוטוקול זה מניב הידרוג'לים פוליאקרילאמידיים עם קשיחות מוגדרת (הנעה בין 1 ל-100 קילופסקל) שנשארים מחוברים היטב ללוח התרבית ותומכים בהיצמדות והתפשטות SLC חזקה. איור 1 מספק סקירה סכמטית של כל תהליך העבודה, מיציקת ג'ל ועד זריעת תאים, ומאפשר למשתמשים להמחיש את השלבים המרכזיים של הפרוטוקול.
אימות מכני של הידרוג'לים פוליאקרילאמידיים (קשיחות מטרה: 1, 5, 15, 30, 50 ו-100 קילופסקל) בוצע באמצעות ריאומטריה אוסצילטורית (גאומטרי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
התכונות המכאניות של המטריצה החוץ-תאית ממלאות תפקיד יסודי בוויסות התנהגות תאי הגזע, אך הכלים לחקור השפעות אלו באופן שיטתי בתאי רבייה נותרו מוגבלים. העבודה הקודמת שלנו הראתה כי הידוק מטריצת הגזע במהלך ההזדקנות מפריע להומאוסטזיס של תאי הגזע של Leydig (SLC) דרך ציר Piezo1/ROS/Gli1, מה שמוביל לירידה בטסטוסטרון10. בהתבסס על תגלית זו, פיתחנו את פרוטוקול ההידרוג'ל הפוליאקרילאמידי הזה כדי לספק פלטפורמה סטנדרטית וניתנת לשחזור לחקירת האופן שבו קשיחות הסובסטרט מווסת ישירות את...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
המימון לפרויקט זה ניתן על ידי תוכנית המחקר והפיתוח המרכזית הלאומית של תאי גזע ומחקר תרגומי של סין (2021YFA1100601), הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82371608), קרן המחקר הבסיסי והיישומי של גואנגדונג (2023B1515020016), ותוכנית המחקר הבסיסי של שנזן (JCYJ20240813150417024, JCYJ20240813150422030).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| חומצה אצטית | סיגמא-אלדריץ' | Cat#A6283 | מדלל לקולגן זנב עכברוש (0.02 מ') |
| Acryiamide | סאנגון ביוטק | Cat#A100341-0500 | מונומר להכנת ג'ל פוליאקרילאמיד |
| אמוניום פרסולפט (APS) | סאנגון ביוטק | Cat#A100486-0100 | יוזם לפולימריזציה של ג'ל |
| תוספת B27 | Invitrogen | חתול#A1486701 | תוסף מוגדר מועשר בנוגדי חמצון והורמונים; תומך בהישרדות תאי עצב ותאי גזע (2% V/V) |
| גורם גדילה בסיסי של פיברובלסטים (bFGF) | Invitrogen | Cat#13256029 | גורם גדילה מיטוגנטי; מקדם התרבות וגזע SLC (20 ng/mL) |
| ביס-אקרילאמיד | שנגחאי יואניה ביוטכנולוגיה | Cat#S14002 | קרוסלינקר לג'לים פוליאקרילאמידיים |
| תמצית עובר עוף | US Biologicals | Cat#C3999 | מקור עשיר לגורמי גדילה וחומרים מזינים; תומכת בצמיחה ובכדאיות SLC (5% v/v) |
| קולגן, סוג I, מזנב עכברוש | יסן | Cat#40125ES50 | מצפה את משטח ההידרוג'ל הפוליאקרילמידי המופעל על ידי Sulfo-SANPAH לקידום היצמדות ותרבית של SLC. |
| קולגנאז סוג IV | גיבקו | קטגור#17104-019 | 1 מ"ג/מ"ל ב-DMEM/F12 לעיכול רקמת אשכים |
| CYP11A1 נוגדן | ג'נטקס | Cat#GTX56293 | ל-Western Bluting |
| דקסמתזון | סיגמא-אלדריץ' | Cat#D1756 | אגוניסט קולטני גלוקוקורטיקואידים; תומך בהתפשטות SLC ותחזוקת גבעול (1 ננומטר) |
| DMEM/F12 בינוני | גיבקו | חתול#11320033 | מדיום בסיסי לעיכול, שטיפה ותרבות SLC |
| גורם גדילה אפידרמלי (EGF) | PeproTech | Cat#AF-100-15 | מעודד התרבות SLC ושומר על מצב לא מובחן (20 ng/mL) |
| סרום בקר עוברי (FBS) | ויסטק | קטגור#SE100-011 | משתמשים ב-10% כדי לעצור פעילות קולגנאז |
| פיג'י | לא זמין | https://imagej.net/Fiji | תוכנת ניתוח תמונות |
| נוגדן GADPH | פרויטנטק | Cat#60004-1-Ig | ל-Western Bluting |
| אנזימי עיכול ג'ל | ביוטכנולוגיה מדויקת | Cat#GXDLFA | תערובת אנזימים לעיכול רקמת אשכים ובידוד SLC |
| HEPES | ציטיבה | Cat#SH30237.01 | בופר לשמירה על pH 7.0– 7.4 |
| HSD3 ובטא; נוגדן | סנטה קרוז | Cat#sc-515120 | ל-Western Bluting |
| מיין תאי הזרם | BD | https://www.bdbiosciences.com/content/dam/bdb/marketing-documents/BD_Influx_tech_specs.pdf | |
| אינסולין-טרנספרין-סודיום סלניט (ITS) | סיגמא-אלדריץ' | חתול#11074547001 | מקדם הישרדות תאים, קליטת גלוקוז והגנה מפני נוגדי חמצון (5 & mu; g/L) |
| תחליף סרום KnockOut (KSR) | גיבקו | קטגור#10828-028 | תחליף סרום למדיום תרבית SLC |
| LIF (גורם מעכב לוקמיה) | מיליפור | חתול#LIF1010 | ציטוקין השומר על פלוריפוטנטיות של תאי גזע והתחדשות עצמית (1 ng/mL) |
| אשכי עכברים | מאמר זה | לא זמין | בודד מעכברים C57BL/6 |
| ערכת ELISA לטסטוסטרון עכבר | פיין ביוטק | Cat#40203ES80 | לכימות טסטוסטרון בסופרנטנטים בתרבות |
| עכבר: C57BL/6 | שנזן טופביוטק | לא זמין | זן העכבר המשמש לאיסוף אשכים |
| עכבר: תאי גזע אשכים (SLCs) | מאמר זה | לא זמין | תאים ראשוניים מבודדים מאשכי עכבר |
| תוספת N2 | Invitrogen | Cat#17502001 | תוסף מוגדר ללא סרום התומך בתרביות עצביות ותאי גזע (1% v/v) |
| חומצות אמינו לא חיוניות | הייקלון | Cat#SH30050.03 | מספק מקורות חנקן לסינתזת חלבונים ולמטבוליזם של תאים (1% v/v) |
| אונקוסטטין M (OSM) | PeproTech | קטגור#300-10T | ציטוקין המעורב בוויסות התמיינות של SLC ובבשלה של תאי Leydig (20 ng/mL) |
| מלח ממוגן בפוספט (PBS) | גיבקו | חתול#10010023 | בופר כביסה ותלייה מחדש |
| גורם גדילה שמקורו בטסיות (PDGF) | PeproTech | קטגור#100-14B | תומך בהתרבות תאים, נדידה והישרדות (20 ng/mL) |
| פריזמה 9.0 | GraphPad | https://www.graphpad.com/ | תוכנה לניתוח סטטיסטי וגרפים |
| נוגדן StAR | פרויטנטק | Cat#67130-1-Ig | ל-Western Bluting |
| סולפו-סנפה | מקלין | Cat#102568-43-4 | קרוסלינקר הטרוביפונקציונלי להפעלת פני ג'ל |
| TEMED | פיג'ין | Cat#PH0341 | זרז לפולימריזציה |
| β-מרקפטואנול | Invitrogen | Cat#21985023 | מפחית לחץ חמצוני ותומך בצמיחת תאים בתרבות (0.1 מ"מ) |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.