メカノノードポアセンシング:マルチパラメータシングルセル粘弾性測定のための迅速でラベルフリーのプラットフォーム

ここでは、メカノノード細孔センシング(mechano-NPS)と呼ばれるエレクトロニクスベースのマイクロ流体プラットフォームを使用して、単一細胞を機械的に表現型化する方法を示します。このプラットフォームは、細胞の弾性と粘性の両方の生物物理学的特性を測定しながら、1〜10細胞/秒の中程度のスループットを維持します。

単一細胞の機械的表現型のためのエレクトロニクスベースのマイクロ流体プラットフォームを紹介します。具体的には、シングルセルの弾性特性と粘性特性を毎秒最大10セルのスループットで測定します。私たちの方法は、最小限のサンプル前処理を必要とし、高価な光学ハードウェアや複雑な画像分析に代わる簡単な電子測定を利用し、非破壊的であるため、私たちのアプローチはダウンストリーム分析と互換性があります。

Mechano-NPSは、一次サンプルを含む多くの細胞タイプに適用されており、単一細胞の粘弾性に対する細胞内成分の影響を測定しています。細胞の挙動の理解、疾患の進行の決定、または薬物反応のモニタリングに使用できます。まず、プラズマ処理されたコンポーネントをプラズマチャンバーから取り出します。

予め作製された電極を有するガラス基板上にメタノールおよび脱イオン水の2対1溶液をピペットする。次に、フィーチャー側を下にしてPDMSモールドをガラス基板の上に配置します。デバイスをステレオスコープの下に置き、アライメントを調整します。

位置合わせしたデバイスをベイクして、デバイスの製造を完了します。圧力源、PCB、ベンチトップハードウェア、およびデータ収集ソフトウェアを準備します。次に、クランプヘッダーピンをPCBの穴に合わせ、クランプのスプリング式ピンをマイクロ流体デバイスの電極コンタクトパッドに合わせます。

次に、クランプヘッダーピンをPCBの穴に挿入し、バネ仕掛けのピンが電極コンタクトパッドと揃っていることを確認します。電子ハードウェアをセットアップして接続します。次に、値を設定してデータ集録セッションを初期化し、集録用のサンプルレートを設定します。

培養し、選択した細胞株の適切な細胞培養プロトコールに従って細胞を調製した。次に、細胞を2%FBSおよび1X PBSの調製溶液に、ミリリットル当たり100, 000〜500, 000細胞の濃度で懸濁する。実験期間中、細胞を氷上に置いておきます。

セルをマイクロ流体デバイスにロードするには、かみそりの刃で30センチメートルのポリテトラフルオロエチレンチューブを切り取ります。シリンジを使用して細胞サンプルをチューブの端に落とし、同じ端をデバイスの入口に接続します。最後に、チューブの反対側の端をマイクロ流体圧力コントローラーに接続します。

実験を実行するには、圧力コントローラーソフトウェアで希望の一定の駆動圧力を設定し、サンプルがデバイスを満たすようにします。マイクロ流体チャネルに気泡が形成された場合は、行き止まり充填を使用します。デバイスの出口を塞ぎ、入口に低圧を加えて、ガス透過性PDMSを通して空気を強制的に排出します。

次に、電圧を回して目的の電圧を設定しますtage電源のノブを回し、オンボタンを押して電圧を有効にします。電流プリアンプの電源を入れ、感度をできるだけ低く設定してください。あるいは、プリアンプに過負荷をかけたり、DAQの最大アナログ入力電圧を超えたりすることなく、ゲインをできるだけ高く設定することもできます。

MATLABリボンメニューの緑色の[実行]ボタンを押して、データ集録スクリプトNPSを開始します。m、データのサンプリングと保存を開始します。実験を終了するには、ライブプロットウィンドウの左下隅にある停止ボタンを押して、データ集録スクリプトを終了します。

次に、Onボタンを押して電源出力を無効にします。最後に、圧力コントローラソフトウェアで圧力源をゼロ圧力に設定します。データ解析の場合、生の信号は、ノイズを除去して重要な成分を抽出するのに十分な信号対雑音比を備えている必要があります。

重要なのは、各ノードからの電流信号の立ち上がりは、差動信号からサブパルスを簡単に識別できるように十分に堅牢である必要があります。悪性MCF-7細胞は、非悪性MCF-10A細胞よりもwCDI分布が大きく、悪性MCF-7細胞が非悪性MCF-10A細胞よりも柔らかいことを示しています。ラトランクリンで処理したMCF-10AおよびMCF-7細胞は、wCDIの増加を示す。

2つの初代細胞タイプを区別する明確なwCDI分布は、LEP細胞がMEP細胞よりも柔らかいことを示しています。非悪性MCF-10Aおよび未処理のMCF-10AおよびMCF-7は、即座に回復する細胞の割合が高く、悪性またはラトランクリン処理された細胞よりも粘度が低いことを示しています。ライブ電流の読み取り値が異常に見える場合は、実験を中止してマイクロ流体チャネルを検査してください。

気泡や詰まりがなく、セルが入口から出口まで自由に流れていることを確認してください。私たちの方法は細胞に害を及ぼさないため、RNA-seqや免疫蛍光などのダウンストリーム分析を実行できます。これは、細胞が明確な機械的表現型を持ついくつかの根本的な理由を明らかにするのに役立つ可能性があります。