Nanofili di silicio e stimolazione ottica per indagini sull'accoppiamento elettrico intra e intercellulare

Menahem Y. Rotenberg; Erik  N. Schaumann; Aleksander Prominski; Bozhi Tian

doi:10.3791/61581

È richiesta un abbonamento a JoVE per visualizzare questo contenuto. Accedi o inizia la tua prova gratuita.

Articolo metodologico

Nanofili di silicio e stimolazione ottica per indagini sull'accoppiamento elettrico intra e intercellulare

4.1K visualizzazioni

⸱

DOI:

10.3791/61581

⸱

28 gennaio 2021

Menahem Y. Rotenberg^*¹ , Erik N. Schaumann^*² , Aleksander Prominski¹^,² , Bozhi Tian¹^,²^,³

¹The James Franck Institute, The University of Chicago, ²Department of Chemistry, The University of Chicago, ³The Institute for Biophysical Dynamics, The University of Chicago

^* These authors contributed equally

In questo articolo

Sommario

Questo protocollo descrive l'uso di nanofili di silicio per la biomodulazione ottica intracellulare delle cellule in un metodo semplice e facile da eseguire. La tecnica è altamente adattabile a diversi tipi di cellule e può essere utilizzata sia per applicazioni in vitro che in vivo.

Abstract

I miofibroblasti possono interiorizzare spontaneamente i nanofili di silicio (SiNWs), rendendoli un bersaglio attraente per le applicazioni bioelettroniche. Questi ibridi cell-silicon offrono capacità di modulazione ottica senza piombo con una perturbazione minima rispetto al normale comportamento cellulare. Le capacità ottiche sono ottenute dalle proprietà fototermiche e fotoelettriche dei SiNW. Questi ibridi possono essere raccolti utilizzando tecniche standard di coltura tissutale e quindi applicati a diversi scenari biologici. Dimostriamo qui come questi ibridi possono essere usati per studiare l'accoppiamento elettrico delle cellule cardiache e confrontare come i miofibroblasti si accoppiano tra loro o con i cardiomiociti. Questo processo può essere realizzato senza apparecchiature speciali oltre un microscopio fluorescente con linea laser accoppiata. È inoltre mostrato l'uso di una routine MATLAB personalizzata che consente la quantificazione della propagazione del calcio all'interno e tra le diverse cellule nella coltura. I miofibroblasti hanno una risposta elettrica più lenta di quella dei cardiomiociti. Inoltre, la propagazione intercellulare del miofibroblasto mostra velocità leggermente più lente, anche se paragonabili alle loro velocità intracellulari, suggerendo la propagazione passiva attraverso giunzioni gap o nanotubi. Questa tecnica è altamente adattabile e può essere facilmente applicata ad altre arene cellulari, sia per indagini in vitro che in vivo o ex vivo.

Introduzione

Tutti gli organismi biologici usano l'elettricità, sotto forma di ioni, per regolare il comportamento cellulare. Le membrane cellulari contengono vari tipi di canali ionici specifici che consentono il trasporto passivo e attivo degli ioni. Questi ioni governano le funzioni delle cellule eccitabili, come l'attività neuronale e la contrattilità muscolare scheletrica e cardiaca. Tuttavia, la bioelettricità svolge anche un ruolo importante nelle cellule non eccitabili, governando molte funzioni cellulari come la proliferazione^{cellulare 1,}la neuroimmunità^2,^3,⁴