September 7th, 2018
この資料は、物理と化学の高スループット操作キューが模倣した生体内で細胞微小と多重化人工細胞微小環境 (MACME) 配列を準備する詳細な方法についてを説明します単一セルのプロファイリングとひと多能性幹細胞 (hPSCs) に最適な携帯電話環境を識別します。
この方法は、細胞微小環境が細胞の表現型と機能をどのように変化させるかなど、幹細胞工学分野における重要な問題に役立ちます。この技術の主な利点は、従来のマイクロコンタクトプレートでは行えなかった、1枚のプレートに細胞に対して人工的に作られた複数の環境を提供できることであり、この手法を実証するのは、当研究室の吉本弘毅と酒井理沙子の技術者です。テキストプロトコルに従って、マイクロ流体構造からナノファイバーアレイとモールドのマスクの3D画像を作成した後。
3Dプリンターを使用して、マスクと型を印刷します。エレクトロスピニング用のポリマー溶液を調製するには、13%のPMGI液体をテトラヒドロフランで9%に希釈します。0.08グラムのPSをTHFとジメチルホルムアミドの1対1の容量比で溶解し、液体リージェントを使用して、容量を容量PS溶液あたり8パーセントの重量の最終1ミリリットルまで上げます。.
0.1グラムのGTを水、酸性酸、酢酸エチルに溶解し、混合溶媒溶液を使用して、容量を重量重量の10パーセントのGT溶液の最終1ミリリットルまで上げます。次に、マグネトロンスパッタリング装置を使用して、エレクトロスピニングセットアップのカソードとして機能するポリスチレンベースプレート上に厚さ5ナノメートルの白金層を堆積します。各ポリマー溶液を、23ゲージのステンレス鋼の鈍い針を備えた5ミリリットルのシリンジにロードします。
次に、シリンジをエレクトロスピニングデバイスのコレクターから12センチ離れたシリンジポンプに固定します。シリンジニードルを高電圧電源に接続し、11キロボルトに設定します。次に、ポンプ速度を毎時20ミリリットルに設定し、温度と湿度をそれぞれ摂氏30度と体積で30%未満に保ちます。
次に、マスクをベースプレートに取り付けます。次に、マスクの穴を通して、エレクトロスピニング時間を変えることにより、ベースプレート上に明確な密度のナノファイバーを作製します。ベースプレートからマスクを取り外し、ナノファイバーの作製を繰り返します。
アレイが完成したら、25°Cのデシケーターに16時間入れて、残りの溶媒を蒸発させます。GTナノファイバーを架橋するには、エタノール中の0.2モルEDCおよび0.2モルNHSで処理します。そして、サンプルを摂氏25度で4時間インキュベートします。
GTナノファイバーをすすぐには、99.5%のエタノールを2回使用し、プレートを摂氏25度で16時間真空乾燥します。マイクロ流体構造を作製するには、2グラムのPDMS硬化剤と20グラムのPDMSベースを混合します。次に、PDMS前の混合物を作製した金型に注ぎます。
デシケーターで、PDMS前の混合物を30分間脱気します。次に、PDMS前の混合物を摂氏65度のオーブンで16時間硬化させます。Macmeアレイを組み立てるには、硬化したPDMS構造を型から剥がし、70%のエタノールを使用して洗浄します。
次に、PDMS構造の底面に大気中のコロナを放出します。ナノファイバーアレイでPDMS構造を迅速に組み立てます。次に、アセンブリを摂氏65度で2日間オーブンで焼きます。
DPBSを使用して、35mm皿で培養したH9HESCを洗浄します。次に、0.5ミリリットルの組換えトリプシンライトプロテアーゼを皿に加え、摂氏37度で1分間インキュベートします。上清プロテアーゼ混合物を慎重に吸引します。
すぐにHPSC培地を添加し、培地を皿の表面に対して静かに繰り返し分注して細胞を解離します。次に、分離した細胞を15ミリリットルの円錐管に移します。チューブを重力の200倍で3分間遠心分離します。
上清を吸引し、予め温めたHPSC培地に細胞を懸濁します。次に、12マイクロリットルの細胞懸濁液を各マイクロ流体チャンバーにピペットで移します。テキストプロトコルに従って細胞を蛍光標識した後、MacmeアレイからPDMSマイクロ流体構造を剥がします。
次に、Macmeアレイから残留PBMSを除去し、染色した細胞にPBS中の90%のグリセロールを加えて、カバースリップを貼ります。最後に、プレートを逆さまにして倒立蛍光顕微鏡のステージに置きます。また、顕微鏡イメージングソフトウェアを使用して、12ビットのカラー画像を取得します。
ここに示されているのは、ゼラチンナノファイバー上で高い初期播種密度で培養し、3つの細胞表現型マーカーで染色したH9HPSCの免疫蛍光画像です。SOM解析を使用して、高次元のマルチパラメトリックデータセットを低次元の2Dマップに変換し、各データセットの4つの表現型マーカーの発現レベルの均一性と不均一性を比較し、SOMノードに対して教師なし階層クラスタリングを実行しました。ここに示されているように、すべてのグループは、基底膜ゲルマトリックス(MG)で観察されたよりも高いOCT4の発現を示しました。グループ1は高いEdUシグナルを示し、ほとんどの細胞が活発に増殖していることを示しました。
このように、グループ1の微小環境は、細胞周期のギャップ期が短縮されると未分化のHPSCが急速に増殖するため、HPSCの維持に適していた。グループ2には、不十分な初期密度で播種された細胞と、HPSC自己複製をサポートしない2D GTスキャフォールドで増殖した細胞が含まれていました。例えば、このサンプルのEdUシグナルは失われ、アネキシンVレベルはわずかに増加しており、細胞が幹細胞性を失い、徐々にアポトーシス化していることを示しています。
PMGIナノファイバーマトリックスを構成する微小環境を表すグループ3のPMGI MidNF HighCDは、他の条件と比較してOCT4およびEdU信号の変動が大きいことを示しました。開発後、この技術は、STEM細胞の分野の研究者が組織工学と高度なスクリーニングを探求する道を開きました。
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この記事では、細胞の微小環境を高スループットで操作できるマルチプレックス人工細胞微小環境アレイ(MACMEアレイ)の準備方法について説明します。この手法は、単一細胞プロファイリングを通じて、ヒト多能性幹細胞(hPSC)の最適条件を特定することを目的としています。
The MACME array addresses a critical gap in stem cell engineering by enabling simultaneous testing of multiple microenvironmental conditions on human pluripotent stem cells. This high-throughput capability supports predictive confidence in target validation and phenotypic screening by de-risking mechanistic ambiguity in early discovery. The platform enhances translational continuity from discovery through preclinical workflows by providing reproducible, quantitative single-cell data for go/no-go decisions.
The MACME array fits within the discovery continuum from hypothesis testing to lead identification by providing quantitative, single-cell resolution of stem cell responses to microenvironmental variables.