הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

פלטפורמת הפעלה ננו-מגנטית לסטימולציה מכנית מרחוק ובשליטה של תאי שוואן עם דימיון קונפוקלי בזמן אמת

83 צפיות

⸱

DOI:

10.3791/71685

⸱

8 בספטמבר 2026

 ,  ,  ,  , 

במאמר זה

סיכום

פרוטוקול זה מציג פלטפורמה להפעלה ננו-מגנטית תואמת מיקרוסקופ, המשלבת ננו-חלקיקים סופרה-פרמגנטיים פלואורסצנטיים, אלקטרומגנט מכויל ודימוי קונפוקלי בזמן אמת, כדי להמריץ מרחוק ובאופן נשלט תאי Schwann ולנטר באופן דינמי את תגובותיהם למכנו-סנסוריות.

תקציר

כוחות מכניים מווסתים באופן קריטי את ההתנהגות התאית, אך שיטות רבות קיימות לגירוי מכני מסתמכות על מגע פיזי ישיר או על סביבות חוץ-תאיות מהנדסות באופן מלאכותי, ובכך מגבילות את הגמישות שלהן במחקרי תאים חיים דינמיים. כאן, אנו מציגים פלטפורמה של ננו-הפעלה מגנטית לגירוי מכני מרחוק, ללא מגע ובשליטה של תאי שוואן (Schwann cells) in vitro. מערך משולב זה מאפשר גירוי מגנטי מרחוק ודימוי תאים חיים מסונכרן באותו סשן ניסיוני. כתב יד זה מתאר את הכנתם של ננו-חלקיקים סופרה-פרמגנטיים פלואורסצנטיים (SPIONs), ואופציונלית, SPIONs פונקציונליים המכוונים לאקטין (f-SPIONs), את בנייתו וכיולו של התקן גירוי אלקטרומגנטי תואם מיקרוסקופ, את הערכת הכוחות המגנטיים ברמת החלקיק הבודד והתא הבודד, ואת השילוב של הפעלה מגנטית עם דימוי קונפוקלי בזמן אמת. תאי שוואן הם תאי גליה בעלי רגישות מכנית גבוהה הממלאים תפקידים חיוניים בפיתוח, בתחזוקה ובתיקון של עצבים פריפריים. ניטור בזמן אמת של תגובותיהם לגירוי מכני הוא קריטי להבנת האופן שבו כוחות מכניים משפיעים על ארגון השלד התאי והתנהגות התאים. פלטפורמה זו מספקת זרימת עבודה הניתנת לשחזור לחקר הביולוגיה המכנית של תאי שוואן, וניתן להתאימה לסוגי תאים אחרים המגיבים מכנית ולמערכות רב-תאיות.

מבוא

רמזים מכניים מווסתים מגוון רחב של תהליכים תאיים, כולל היצמדות, נדידה, שגשוג, התמיינות ופלסטיות פנוטיפית1,2,3. מחקרים במכנוביוֹלוגיה הראו כי הן נוירונים והן תאי גליאה מפגינים רגישות מכנית ותגובתיות בולטות לאורך ההתפתחות4,5,6,7. כדי לבחון כיצד תאים חשים ומגיבים לכוח, פותחו מספר גישות ניסיוניות, כולל מיקרוסקופיית כוח אטומי (AFM), שאיבה באמצעות מיקרופיפטה, פינצטה אופטית, מערכות תרבית מבוססות מתיחה ופלטפורמות מיקרופלואידיות8,....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

הניסויים המתוארים בפרוטוקול זה השתמשו בקו תאי שוואן של חולדה מבוסס (RSC96) ולא כללו משתתפים אנושיים או בעלי חיים חיים. מחקר זה נערך כחלק מפרויקט מחקר רחב יותר הכולל ניסויים בבעלי חיים, אשר אושר על ידי ועדת רווחת בעלי החיים והאתיקה של בית החולים הראשון של אוניברסיטת ג'ילין (מספר אישור 2022-0045).

1. הכנת סופר-חלקיקים מגנטיים פלורסצנטיים

  1. סנתזת ננו-חלקיקי Fe₃O₄ מצופים בחומצה אולאית.
    ​הערה: ננו-חלקיקי Fe₃O₄ מצופים בחומצה אולאית סונתזו באמצעות פירוק תרמי כפי שתואר בעבר20,23.
    1. הוסף 2 mmol של Fe(acac)₃, 6 mmol של חומצה אולאית, 6 mmol של אולאילאמ....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

מיקרוסקופיה אלקטרונית חודרת ברזולוציה גבוהה (HRTEM) הראתה כי לפורמולציית הננוחלקיקים הסופית היה ליבה מגנטית מצובבת ומעטפת חיצונית לאחר שינוי פני השטח (איור 1). ל-f-SPIONs הסופיים היה קוטר כולל ממוצע של 63.36 ± 16.65 nm, עם ליבה מגנטית עשירה ב-Fe₃O₄ בקוטר של כ-56.60 ± 6.19 nm ומעטפת חיצונית המורכבת מפולידופמין ו-phalloidin-Alexa Fluor 350 בעובי ממוצע של כ-5.79 ± 1.36 nm. תוצאות אלו אישרו את הבנייה המוצלחת של ארכיטקטורת סופר-חלקיק המתאימה להפעלה מגנטית ולהדמיה מבוססת פלואורסצנציה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

ננוחלקיקי תחמוצת ברזל מוכרים רבות כננו-חומרים מגנטיים בעלי תאימות ביולוגית נוחה. כחומרי ניגוד נפוצים לבדיקות דימות בתהודה מגנטית, ננוחלקיקי Fe₃O₄ סופר-פרמגנטיים יושמו באופן נרחב באבחון דימויי קליני29,30. במחקר האחרון של הקבוצה שלנו20, הוכח כי f-SPIONs מראים ציטוטוקסיות נמוכה ביותר ובטיחות ביולוגית מצוינת. פלטפורמת ההפעלה הננו-מגנטית, שנבנתה תוך שימוש ב-f-SPIONs כמפעילים מכניים בשילוב עם אלקטרומגנט שניתן לשליטה, הפעילה ביעילות את הדינמיקה ש.......

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים מצהירים כי אין להם ניגודי אינטרסים פיננסיים.

תודות

עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעים טבעיים של סין (מספרי מענק 82571677 ו-82001304 עבור Y.W.), התוכנית המיוחדת לכישרונות רפואיים ובריאות במחוז ג'ילין (מספר מענק JLSRCZX2025-134 עבור Y.W.), ופרויקט תוכנית בית'ון של אוניברסיטת ג'ילין (מספר מענק 2024B19 עבור Y.W.). המחברים מודים לפקולטה לכימיה, אוניברסיטת ג'ילין (המעבדה הממשלתית מרכזית למבנה וחומרים סופרא-מולקולריים), ולמכון צ'אנגצ'ון לכימיה יישומית של האקדמיה הסינית למדעים, על הסיוע בתכנון, סינתזה ואפיון של ננו-חומרים. המחברים מודים גם למכון לרפואה תרגומית בבית החולים הראשון של אוניברסיטת ג'ילין על הסיוע בדימוי CLSM.

....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
1,2-הקסדקנדיולSigma-Aldrich213748בדרגה טכנית, 90%; משמש בסינתזה של פירוק תרמי
ibidi בגודל 35 מ"מ µ-צלחות פטריibidi80156משמש לתרביות של תאי שוואן (Schwann cells) ולדימות
בנזיל אתרSigma-Aldrich10801498%; ממס עבור Fe3O4 סינתזה של ננוחלקיקים
מיקרוסקופ סריקה לייזר קונפוקליNikonAXR (Ti2-E)משמש לדימות תאים חיים ודימות פלואורסצנציה 
אלקטרומגנט מותאם אישיתבנייה מותאמת אישיתלא רלוונטיאלקטרומגנט חד-קוטבי קומפקטי ליצירת שדות מגנטיים בעלי מדרגה (גרדיאנט) במודלים של in vitro 
חומצה קרבוקסילית של Cyanine3.5Duofluor Inc.D10128צבע פלואורסצנטי המשמש עבור Fe3O4·הרכבת סופר-חלקיקים של Cy3.5; משקל מולקולרי 593.20; אחסון ב-20 °C, מוגן מאור 
מלח דפרוקסמין מזילאט (Deferoxamine mesylate salt)Sigma-AldrichD9533סוכן קילוטי ברזל המשמש להסרה של ברזל שאינו מופנם ושל ברזל הקשור לממברנה
מד-גאוס דיגיטלימגנטי רחבWT103משמש למדידת צפיפות שטף מגנטי ולכיול השדה המגנטי בעל הגרדיאנט הנוצר על ידי האלקטרומגנט המותאם אישית
דופמין הידרוכלורידSigma-AldrichH8502≥98% (TLC); משמש לציפוי פולידופמין
מכשיר לפיזור אור דינמיMalvern InstrumentsZetasizer Nano-ZSמשמש למדידת קוטר הידרודינמי ו-PDI 
Fluo-4 AM Invitrogen, Thermo Fisher ScientificF14201אינדיקטור סידן המשמש לזיהוי Ca בתאי חיים2+ דימות
ספקטרופוטומטר פלואורסצנציהShimadzuRF-6000משמש לאפיון פוטולומינצנציה 
מיקרוסקופ אלקטרונים חודר ברזולוציה גבוההJEOLJEM-F200משמש לדימוי HRTEM של מורפולוגיית הננו-חלקיקים והליבה–מבנה קליפה 
ספקטרומטר פליטה אטומית בבס פלזמה עם השראה (ICP-AES)PerkinElmerOptima 3300 DVמשמש לכימות ברזל תוך-תאי
ברזל(III) אצטילאצטונאט, Fe(acac)3Sigma-AldrichF30097%; חומר מקדים עבור Fe3O4 סינתזה של ננוחלקיקים
אינקובטור לשולחן מיקרוסקופ לתאי חייםTOKAI HITTENP&CO2משמש לדימות קונפוקאלי של תאים חיים במהלך גרייה מגנטית 
חומצה אולאיתSigma-AldrichO1008≥99% (GC); ליגנד פני שטח עבור Fe3O4 סינתזה של ננוחלקיקים
אולאילאמיןSigma-AldrichO7805דרגת טכנית, 70%; ליגנד עבור סינתזה של ננוחלקיקים
פאלואידין–Alexa Fluor 350Invitrogen, Thermo Fisher ScientificA22281ריאגנט פונקציונליזציה אופציונלי למטרת קישור לאקטין 
Pluronic F-127 Invitrogen, Thermo Fisher ScientificP3000MPמשמש להקל על טעינת Fluo-4 AM עבור מדידת Ca בתאים חיים2+ דימות
ספק כוח רגולטורי DC ניתן לתכנותטונגמןeTM-L605SPL (60 V, 5 A)משמש להזנת האלקטרומגנט המותאם אישית ליצירת שדה מגנטי עם גרדיאנט במערכת in vitro
תאי שוואן RSC96בנק התאים של האקדמיה הסינית למדעיםלא רלוונטיקו תאי שוואן ממקור חולדה 
סודיום דודציל סולפטור (SDS)Sigma-Aldrich436143ריאגנט ACS, ≥99.0%; חומר פעיל שטח למיקרואמולסיה של שמן במים
מגנטומטר SQUIDQuantum Design Inc.MPMS-XLמשמש למדידת היסטרזיס מגנטית ב-300 K 
טולואןSigma-Aldrich244511ללא מים, 99.8%; ממס להרכבת על-חלקיקים (superparticle assembly)
מיקרוסקופ אלקטרונים חודר (TEM)FEIEP 5018/40, Tecnai Spirit Biotwinמשמש לתצפית על אולטרה-מבנה של רקמות תאיות ועצביות 

מקורות

  1. Cheng B, et al. Mechanobiology across timescales. Nat Rev Phys. 2025;7:621-44.
  2. Di X, et al. Cellular mechanotransduction in health and diseases: from molecular mechanism to therapeutic targets. Signal Transduct Target Ther. 2023;8:282.
  3. Pillai EK, Franze K. Mechanics in the nervous system: from development to disease. Neuron. 2024;112(3):342-61.
  4. Franze K. The mechanical control of nervous system development. Development. 2013;140(15):3069-77.
  5. Franze K, Guck J. The biophysics of neuronal growth. Rep Prog Phys. 2010;73:094601.
  6. Moore SW, Sheetz MP. Biophysics of substrate interaction: influence on neural motility, differentiation, and r....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

גלה מאמרים נוספים

ננו-חלקיקים סופר-פרמגנטייםגירוי מגנטידימוי תאים חייםארגון שלד התאגירוי אלקטרומגנטימכנו-ביולוגיה

מאמר זה פורסם

הסרטון יגיע בקרוב