이 프로토콜은 시험 관내에서 근육 세포의 수축력을 측정하기위한 유연한 배양 표면과 같은 실리콘 마이크로 캔틸레버의 사용을 설명한다. 셀룰러 수축 측정 기록하고, 시험 관내에서 수축력을 측정하는 비 침습적이고 확장 가능한 시스템을 제공하고, 힘의 판독 값으로 변환 할 수 외팔보 굽힘을 야기.
방법 논문
이 프로토콜은 시험 관내에서 근육 세포의 수축력을 측정하기위한 유연한 배양 표면과 같은 실리콘 마이크로 캔틸레버의 사용을 설명한다. 셀룰러 수축 측정 기록하고, 시험 관내에서 수축력을 측정하는 비 침습적이고 확장 가능한 시스템을 제공하고, 힘의 판독 값으로 변환 할 수 외팔보 굽힘을 야기.
더 많은 예측과 관련된 생물학적 시험 관내 분석법의 개발은 시드 세포의 기능 평가를 용이 다목적 세포 배양 시스템의 발전에 입각한다. 이를 위해 마이크로 캔틸레버 벤딩 기술은 기판의 수축에 의한 평가를 통해, 뼈, 심장, 및 평활근 세포를 포함한 세포 유형의 범위의 수축 기능을 측정 할 수있는 플랫폼을 제공한다. 다중화 된 캔틸레버 어레이의 적용은 약물의 효능과 독성 질환 표현형 및 진행뿐만 아니라, 신경 근육 및 기타 세포 - 세포 상호 작용을 평가하기위한 높은 처리량 프로토콜 중등도 개발 수단을 제공한다. 이 논문은이 목적을 위해 신뢰할 수있는 캔틸레버 어레이를 제조하기위한 상세하고, 이들 표면에 성공적으로 세포 배양에 필요한 방법을 제공한다. 또한 설명은 기능적 항문을 수행하는 데 필요한 단계를 제공한다수축성 세포 유형의 ysis는 신규 한 레이저 및 광 검출기 시스템을 사용하여 이러한 배열에서 유지. 하이라이트 정밀도 및이 시스템을 사용하여 가능 수축력의 분석 재현성을 제공하는 자연 대표 데이터뿐만 아니라, 연구의 넓은 범위는 이러한 기술이 적용될 수있다. 이 시스템의 성공은 널리 채택 수단 조사관 티슈 성능 질환 개발 및 신규 한 치료 적 처치에 대한 응답의 더 정확한 예측 선도, 시험관 내에서 신속, 저비용으로 기능 연구를 수행하기 위해 제공 할 수있다.
인간과 설치류 모두에서 근육 세포의 체외 배양은 수십 년 동안 가능했습니다1,2. 그러나 표준 커버슬립 제제는 생화학적 평가에 유용하지만 세포의 주요 기능적 출력(수축성)에 대한 분석을 용이하게 하지 못하므로 세포 성숙 및 성능을 평가하기 위한 수단으로서 가치가 다소 제한적입니다. 이러한 체외 배양에서 얻을 수 있는 데이터의 양을 최대화하기 위해서는 이러한 세포의 기능적 성능을 실시간으로 평가할 수 있는 구성으로 세포를 수용할 수 있는 시스템의 개발을 진전시킬 필요가 있습니다. 다수의 3차원 근육 모델의 확립은 이러한 요구를 충족시키는 데 약간의 진전을 이루었으며, 이러한 시스템은 in vitro3-5에서 배양된 근육 세포의 수축 능력을 평가하는 수단으로 많은 출판물에서 사용되었습니다. 이러한 시스템은 조직 모델링 및 재구성 연구에 매우 중요하지만 단일 세포 반응 연구에 대한 적용 가능성은 제한적입니다. 단일 섬유 연구가 필요한 경우, 복잡하고 노동 집약적인 생체 외 방법론이 유일한 옵션으로 남아 있습니다6-10. 더욱이, 약물 개발 및 스크리닝 프로토콜을 위한 복잡한 다중 장기 플랫폼의 개발을 향한 현재의 움직임은 비침습적이고 쉽게 확장할 수 있으며 지원 세포 및 조직 모델과 쉽게 통합되는 시스템의 구축을 필요로 합니다11.
마이크로 스케일 캔틸레버는 단일 세포 / 세포12,13의 작은 집단의 기능적 수축 능력을 평가하기위한 간단한 방법을 제공합니다. 이 기술은 수정된 원자력 현미경(AFM) 기술14을 기반으로 하며, 레이저 및 광 검출기 시스템을 사용하여 배양된 근관 수축 활성에 대한 반응으로 마이크로 스케일 캔틸레버 편향을 측정합니다. 그런 다음 수정된 Stoney의 방정식을 사용하여 근관의 응력과 관찰된 기판 편향15를 생성하기 위해 근관이 가하는 힘을 계산합니다. 다중화 캔틸레버 어레이의 동시 평가를 가능하게 하는 스캐닝 프로그램이 작성되어 약물 독성/효능 연구를 위한 중등도에서 높은 처리량 응용 프로그램을 제공할 수 있습니다15,16. 이러한 기술은 in vivo 에서 약물 효능을 예측하기 위한 기능적 전임상 분석법 개발에 매우 중요한 것으로 입증될 수 있습니다.또한, 실리콘에 캔틸레버 칩을 제조해도 면역 염색, 웨스턴 블로팅 및 PCR과 같은 표준 생체 분자 분석을 위한 세포의 분석 후 처리를 방해하지 않습니다.
이 원고는 마이크로 실리콘 캔틸레버의 제조 및 준비, 하드웨어 및 소프트웨어 설정, 이러한 칩에서 배양된 수축 세포의 기능을 평가하기 위한 운영 지침에 대한 자세한 지침을 제공합니다. 이러한 표면에서 세포의 도금 및 유지 관리를 위해 표준 세포 배양 기술을 구현할 수 있으므로 신뢰할 수 있는 배양 매개변수가 존재하는 모든 수축 세포 유형을 이 장치와 쉽게 통합할 수 있어야 합니다. 이 시스템에서 사용되는 비교적 간단한 2D 배양 매개변수는 다른 세포 모델의 통합 또는 근육과 상호 작용할 수 있는 세포 유형(예: 신경 분포 뉴런)을 간단하게 추가할 수 있도록 하여 포유류 시스템의 보다 복잡한 기능적 체외 분석 및 다중 장기 모델 개발에서 이 모델의 적용 가능성을 크게 높입니다.
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1 캔틸레버 칩 제작
설명 제조 단계의 일러스트에 대한 자세한 내용은 그림 1에 나와 있습니다.
2 세포 배양
캔틸레버 변형 분석을위한 하드웨어 및 소프트웨어의 3 설치
4 녹음 캔틸레버 편향 데이터
캔틸레버 편향 데이터의 분석 (5)
식 (2)
식 (3) 액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
캔틸레버에 수축성 세포의 성공적인 배양은 표준 세포 배양 기술 (도 5)를 이용하여, 비교적 간단한 절차이다. 수축 세포를지지 캔틸레버 백분율 세포 유형에 따라 달라질 것은 검사 및 특정 배양 기술이 채용되고있다. 쥐의 뒷다리에서 파생 된 기본 배아 세포를 사용하여 수축 활동이 조사 캔틸레버의 12 %에서 검출되었다 (N = 4). 설명 된 레이저와 광 검출기 시스템을 사용 수축력 분석 시드 세포의 기능 성숙에 관한 정확한 실시간 데이터를 제공한다. 도 7에 도시 된 바와 같이 표준 전기 생리 소프트웨어의 사용 범위는, 이러한 반 이완 피크 포스, 포스 피크 시간, 및 시간 등의 중요한 기능적 특성의 계산을 용이하게, 원시 데이터를 분석하는데 사용될 수있다. 후속 데이터 수집 처리 문화권 치료 화합물 수 있습니다와 약물 중독이없는 기능적 특성의 비교함으로써 화합물의 활성과 생체 반응의 후속 예측의 평가를 가능하게한다. 더욱이, 확장 된 자극 프로토콜 ...
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셀룰러 수축 증거 마이크로 캔틸레버를 분석하는데 중요한 단계는 현미경 스테이지 내의 캔틸레버 칩의 배치 및 배열 코너 캔틸레버 팁과 레이저와 광 검출기의 후속 정렬이다. 이 정확하게 수행하지 않은 경우, 소프트웨어는 잠재적으로 데이터를 수집하는 동안 위음성의 축적으로 이어지는 배열 잔존 캔틸레버의 위치를 추정 할 수 없습니다. 운영자는 캔틸레버 칩이 레이저의 위치를 교정하기 전에 배양 접시의 바닥과 높이 누워 될 수 있도록주의를 기울여야한다. 칩 접시 각도 앉는 경우, 편향된 레이저 빔의 경로를 변경하고 데이터 수집을 혼동한다.
기능 공기 테이블은 데이터를 수집하는 동안 배경 진동을 상쇄하기 위해 사용되어야합니다. 이 연구 홍보에 사용되는 캔틸레버의 얇은 두께 (약 4 μm의)ovides 높은 수축 활성에 대한 민감도,하지만 진동 감도를 증가하는 부작용이있다. 운영자는 배경 판독을 줄이기 위해, 데이터 기록시 가능한 한 적게 하드웨어 주위에 이동주의를 기울여야한다. 무...
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저자는 공개할 것이 없습니다.
이 연구는 건강 허가 번호 R01NS050452 및 R01EB009429의 국립 연구소에 의해 투자되었다. 캔틸레버 칩의 제조는 코넬 대학교 (Cornell University)에있는 나노 제조 시설에서 공동 작업자에 의해 외부에서 수행 하였다. 캔틸레버의 제조 공정에서 사용되는 모든 설비는이 설비에 위치했다. 캔틸레버 마이크로 제조 그들의 도움 맨디 에슈와 Jean-마티유 보호 해주는 특별 감사. 캔틸레버 기능의 비디오 애니메이션 UCF의 합성 현실 연구실에서 찰스 휴즈, 알렉스 Zelenin 에릭 임페리얼에 의해 생성되었습니다.
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| G5 보충제 | Life Technologies | 17503-012 | 1x |
| Glial-Derived 신경 영양 인자 | 세포 과학 | CRG400B | 20 ng/ml |
| 뇌 유래 신경 영양 인자 | 세포 과학 | CRB600B | 20 ng/ml |
| 섬모 신경 영양 인자 | 세포 과학 | CRC400A | 40 ng/ml |
| 신경 영양 | 과학 | CRN500B | 20 ng/ml |
| 신경 영양 호르몬 -4 | 세포 과학 | CRN501B | 20 ng/ml |
| 산성 섬유아세포 성장 인자 | 생명 기술 | 13241-013 | 25 ng / ml |
| 심장 자극 호르몬-1 | 세포 과학 | CRC700B | 20 ng/ml |
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| 백혈병 억제 인자 | 시그마 | L5158 | 20 ng / ml |
| Vitronectin | Sigma | V0132 | 100 ng/ml |
| 기본 쥐 근육 분화 매체 | |||
| NB Activ 4 | Brain Bits LLC | NB4-500 | |
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