Articolo metodologico

Microscopia in campo scuro per visualizzare la dinamica diffusionale di nanorod sulla membrana cellulare

8 luglio 2025

In questo articolo

Abstract

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Fonte: Ge, F., et al. Visualizzazione della dinamica diffusionale di nanobarre d'oro sulla membrana cellulare utilizzando la microscopia a campo scuro a nanoparticella singola. J. Vis. Exp. (2021).

In questo video, descriviamo la tecnica di microscopia a campo scuro (DFM) combinata con l'analisi di tracciamento a singola particella (SPT) per monitorare l'interazione delle nanobarre d'oro plasmoniche con la membrana cellulare di una specifica linea cellulare di interesse. L'analisi combinata DFM e SPT consente la visualizzazione del movimento dei nanorod attraverso la membrana cellulare con un'elevata risoluzione spaziotemporale.

Protocollo

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1. Preparazione del vetrino del microscopio

NOTA: Le cellule U87 MG della terza-decima generazione con alta attività vengono utilizzate negli esperimenti SPT.

  1. Sterilizzare vetrini coprioggetti da 22 mm × 22 mm già puliti con la soluzione Piranha immergendoli in etanolo (99,9%).
  2. Utilizzare una pinza per estrarre il vetrino coprioggetto dalla soluzione di etanolo (passaggio 1.1) e sterilizzare bruciando etanolo sul fuoco. Una volta bruciato tutto l'etanolo, mettere i vetrini coprioggetti in una capsula di plastica per colture cellulari (35 x 10 mm) riempita con 2 mL di terreno cellulare (senza rosso fenolo).
  3. Aggiungere 50 μl di sospensione cellulare sul vetrino coprioggetti e spingere delicatamente la capsula avanti e indietro e a sinistra e a destra per distribuire uniformemente le cellule. Posizionalo in un'atmosfera umidificata.
  4. Quando le cellule U87 MG sul vetrino coprioggetti raggiungono una confluenza del 20%-40% (~12 ore), aggiungere 20 μL di CTAB-AuNR (nanobarre d'oro sintetizzate con molecola di bromuro di ammonio cetiltrimetilammonio come agente protettivo, 138 pM) nel piatto e disperdere. Incubare in atmosfera umidificata per 5 min.
  5. Aggiungere 100 μl del terreno di coltura (senza rosso fenolo) dalla piastra nella fase 1.4 nella scanalatura del vetrino scanalato (Figura 1) che viene prepulito con la soluzione Piranha.
  6. Estrarre il vetrino coprioggetti dal piatto e capovolgerlo sulla parte superiore della scanalatura del vetrino del microscopio (Figura 1). Sigillalo con lo smalto, lascialo asciugare e posizionalo sul palco per eseguire esperimenti SPT.

2. Esecuzione di esperimenti di tracciamento di singole particelle con la microscopia in campo scuro (Figura 1).

  1. Mettere una goccia d'olio sul condensatore in campo scuro immerso nell'olio (apertura numerica (NA) 1,43-1,20) e ruotare la manopola per fare in modo che il condensatore tocchi il vetrino.
  2. Mettere una goccia d'olio sulla parte superiore del vetro di copertura e ruotare la manopola di messa a fuoco per fare in modo che l'obiettivo a immersione in olio 60x (NA 0,7–1,25) tocchi l'olio.
  3. Accendere la sorgente luminosa e ruotare leggermente la manopola di messa a fuoco per mettere a fuoco il piano di imaging.
    nota: Nel campo visivo, lo sfondo è nero, le celle sono luminose e i CTAB-AuNR (rapporto d'aspetto ~ 2:1, Figura 2) sono piccoli punti di dispersione colorati (rossi, gialli o verdi).
  4. Cattura la luce di dispersione del campione con una fotocamera CMOS a colori. Fare clic sull'icona "Fotocamera" nel software per registrare ed esportare il formato TIFF per salvare le immagini.

3. Acquisizione dati

  1. Estrarre un'unica traiettoria a lungo termine
    1. Operare come descritto nella Figura 3 per convertire le immagini in campo scuro delle serie temporali dalla modalità "colore RGB" alla modalità "8 bit". Nell'immagine J fare clic su Immagine | Tipologia | 8 bit. Per regolare il contrasto, fare clic su Immagine | Regola | Luminosità | Contrasto.
    2. Seleziona una particella di destinazione e taglia gli sfondi delle serie temporali con la boxing e l'eliminazione dello sfondo con "Ctrl+X".
    3. Apri la finestra di rilevamento delle particelle e di collegamento delle particelle facendo clic sul pulsante "Plugin | Tracciatore di particelle classico | Tracciatore di particelle".
    4. Impostate Raggio su 6, Taglio su 0 e Percentile su 0,01%.
      nota: Per rilevare la particella, regolare i tre parametri precedenti con l'assistenza di Anteprima. Assicurarsi che il raggio sia leggermente più grande della particella di destinazione e più piccolo della più piccola separazione tra le particelle. Il percentile è il limite inferiore della distribuzione dell'intensità che deve essere costituita da particelle candidate.
    5. Impostare l'intervallo di collegamento su 5 e lo spostamento su 10.
      nota: Per collegare la particella tra fotogrammi adiacenti consecutivi, regolate i due parametri precedenti. Lo spostamento è il numero massimo di pixel che una particella può spostare tra due fotogrammi successivi, mentre l'intervallo di collegamento è il numero di fotogrammi consecutivi da considerare per determinare la migliore corrispondenza corrispondente.
    6. Fare clic su "OK" per aprire la finestra dei risultati di ParticleTracker e visualizzare i risultati.
    7. Fare clic su "Visualizza tutte le traiettorie" per ispezionare le traiettorie generate.
    8. Fare clic sul menu "Ricollega particelle" in alto per ricollegare le particelle rilevate con diversi intervalli di collegamento e parametri percentili, se la traiettoria generata dal software non corrisponde alla traiettoria in movimento dell'AuNR.
    9. Fare clic su "Salva rapporto completo" per salvare i risultati se la traiettoria generata dal software e la traiettoria mobile dell'AuNR corrispondono.
      NOTA: Un esempio di estrazione di una singola traiettoria a lungo termine con l'immagine J è mostrato nella Figura 4.

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Risultati

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Figura 1: Diagramma schematico del percorso ottico della microscopia in campo scuro, preparazione dei vetrini per microscopio e metodo delle differenze a doppio canale per il calcolo dell'angolo polare (θ) degli AuNR. La barra della scala nell'immagine è di 2 μm.

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Figura 2: Caratterizzazione dei CTAB-AuNR. (A<...

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Dichiarazioni

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Nessun conflitto di interessi dichiarato.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Nanobarre d'oro rivestite UCTAB (CTAB-AuNRs)NanoseedzNR-40-65085 nm*40 nm
Telecamera CMOS a coloriOlimpoDP74Giappone
Vetrini coprioggettiCitoglasz10212222C22*22 millimetri
Microscopia a campo oscuroNikon80iMicroscopio dritto
Siero fetale bovino (FBS)Gibco10099141
FigiIstituti Nazionali di Sanità2.0.0-rc-69/1.52 pUna distribuzione di ImageJ
Guida in vetro scanalatoMarca di veleCodice: 7103Concavo singolo
Immagine JImmagine J1,52 j
MATLABMathWorksAnno 2019b
Codice MATLABhttps://github.com/fenggeqd/ GIOVE-2020
Piastre per colture cellulari in plasticaFalcone353002
Piastre per colture cellulari in plasticaFalcone35300135*10 millimetri
Cellula U87 MGCollezione di cultura dei tipi americaniATCC HTB-14Una linea cellulare primaria di glioblastoma umano
Terreno minimo essenziale (MEM) Gibco 51200038Senza rosso fenolo
Penicillina-streptomicina Gibco 15140122

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