골드 신경 세포의 자극을 광학 나노로드가 보조

요약

이 프로토콜은 금 나노막대의 광학 흡수와 관련된 일시적인 가열을 사용하여 신경 세포의 분화 및 세포 내 칼슘 활성을 자극하는 방법을 설명합니다. 이러한 결과는 잠재적으로 신경 보철물 및 신경 과학의 기초 연구에 대한 새로운 응용 분야를 열 수 있습니다.

초록

최근 연구에 따르면 신경은 신경 조직에서 물에 의한 적외선의 흡수와 관련된 일시적인 가열에 의해 다양한 방식으로 자극될 수 있습니다. 이 기술은 자극의 국소화를 증가시키고 조직과의 기계적 접촉을 최소화할 수 있는 잠재력으로 인해 표준 자극 기술을 대체하거나 보완할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 광학적 접근 방식은 가시광선이 조직 깊숙이 침투할 수 없기 때문에 제한됩니다. 더욱이, 열 모델링은 여러 자극 부위 또는 높은 레이저 반복률이 사용될 때 누적 열 효과가 잠재적으로 위험할 수 있음을 시사합니다. 아래에 요약된 프로토콜은 신경 세포의 적외선 자극에 대한 향상된 접근 방식을 설명합니다. 기본 메커니즘은 금 나노막대의 광학 흡수와 관련된 일시적인 가열을 기반으로 하며, 이는 신경 세포 분화를 유발하고 세포 내 칼슘 활성 수준을 증가시킬 수 있습니다. 이러한 결과는 나노 입자 흡수체가 수분 흡수를 기반으로 하는 적외선 신경 자극 과정을 향상 및/또는 대체할 수 있음을 보여주며, 향후 신경 보철물 및 세포 치료에 응용할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

서론

최근 연구에 따르면, 물 (파장> 1400 ㎚)에 의해 외광의 흡수와 관련된 과도 가열 ^한 신경 조직 및 심장 근세포의 세포 내 ^칼슘이 과도에서 활동 전위를 유도하는데 사용될 수 있다는 것을 증명하고있다. 적외선 빛의 사용으로 인해 잠재적 인 미세한 공간 해상도로, 신경 보철에 응용 프로그램에 대한 큰 관심을 제기, 유전자에 직접 조직과 접촉, 자극 유물의 최소화 및 필요성을 제거 부족 (자극하기 전에 세포를 수정 ) optogenetics에 필요 ^하나. 이러한 모든 장점에도 불구하고, 최근에 개발 된 열 모델은 상기 대상 조직 / 세포 자극 여러 사이트 및 / 또는 고 반복율은 ^{3,4- 사용되는} 누적 가열 효과에 의해 영향을받을 수 있음을 제시 하였다.

이러한 과제에 대응하여, 연구자들은 외인성 absor를 사용할 수있는 가능성을 인식하고신경 자극에 대한 조직의 BER이 더 국부 가열 효과를 생성한다. 황 등. 원격 무선 주파수 자계 ⁵ HEK 293 세포에서 온도에 민감한 TRPV1 채널을 활성화하기 위해 페라이트 초상 자성 나노 입자를 사용하여이 원리를 설명했다. 이 기술은 (자기장이 조직에 상대적으로 약한 상호 작용) ....

프로토콜

1. 금 NR을 준비

참고 : 금 NR을 조리법 ^(16)의 숫자에 의해 합성 또는 상업적 공급 업체에서 구입하실 수 있습니다.

1. UV-비스 분광법을 통해, 0.5 nm의 해상도에서 300 내지 1000 nm가 내지 흡수 값을 기록함으로써 금 NR 용액의 초기 광학 밀도 (OD)를 측정한다. 용액의 부피는 큐벳 가능한 함께 사용하도록 다양하다.
2. 적합한 기술 ^(17)의 초기 NP 몰 농도 (예를 들어 UV-비스 분광법, 단일 입자 유도 결합 플라즈마 질량 분석법, 투과형 전자 현미경)을 평가하거나 공급 업체에서 제공하는 농도 값을 사용한다.
3. 가장 재현성 OD = 1 도달 테스트 샘플의 모든 OD를 일정하게 유지하기 위해 초기의 Au NR 샘플을 희석하여 5 ㎖ 스톡 용액을 준비한다. 희석 용매의 조성에 대한 상용 공급 업체의 프로토콜을 따르십시오. 잘 모르는 경우탈 이온수를 사용합니다.
4. 두 번 15 분 동안 금 NR 용액 1 ml의 7,800 XG에 원심 분리기는 솔루션에서 어떤 화학 초과를 제거합니다. 원심 분리 사이클 힘과 시간 (예를 들면 20 분에서 5600 ×의 g) ¹⁸ ....

결과

여기에 설명 된 프로토콜 1, 2 및 3을 사용하여 분화에 자극 효과의 Au NP에 배양 NG108-15 신경 세포에서 관찰되었다 레이저 후에 (금 NR을, 폴리 (스티렌)의 Au NR을 실리카 코팅 된 금 각 NR을 코팅 처리) 1.25 및 7.5 W 사이의 노출 · cm ^-2. rhodamineB 표지 금 NR을 공 촛점 이미지는 입자가 배양 ¹² 일 1 내면화되었다는 것을 보여 주었다. 지역화 주로 흡수 바람직한기구는 전지 본체 ^(12)를 통해 막임을 나타내는 세포질에서 관찰되었다. NG108-15 신경 세포로 분화를 유도 한 후 검출 된 주요 형태 학적 변화는 확산의 체포, βIII - 튜 불린 단백질의 발현 및 최대 길이와 수 ^(22)의 측면에서 분석 하였다 신경 돌기의 부산물이었다.

NR을 배양 샘플 레이저 irradi에서 신경 돌기 길이 증가를 보였다여기에 측정 ANCE 수준 (1.25.......

토론

이 프레젠테이션에서 설명하는 프로토콜은 문화, 차별화 광학적으로 외부 흡수를 사용하여 신경 세포를 자극하는 방법에 대해 설명합니다. NR 특성 (예를 들어 치수, 형상, 플라즈몬 공진 파장 및 표면 화학) 및 (등과 파장, 펄스 길이, 반복율, 등)의 레이저 자극 파라미터는 다른 실험의 필요에 맞도록 변화 될 수있다. 세포 행동에 영향은 표준 분석 및 생물학적 물질을 사용하여 모니터링 할 수있다. 전반적인 접근 방법은 체외에서 세포 인구를 조사 할 수있는 간단하면서도 강력한 방법을 제공합니다 및 일차 전지, 조직 샘플과 생체 내 연구에서 연장 할 수있다.

금 NR을 생물학적 용도로 사용하기 위해 만족되어야 할 주요 요구 안정성 (화학적 및 물리적 모두) 및 생체 적합성이다. 후자 (인해 양이온 계면 활성제의 존재 때문에, 일반 특히 중요금의 표면에 LY CTAB). CTAB는 시험 관내 및 생체 내

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
Au NR	시그마 알드리치	716812
NG108-15	시그마 알드리치	8811230
DMEM	시그마 알드리치	D6546
FCS	라이프 테크놀로지	10100147
L-글루타민	시그마 알드리치	G7513
페니실린/스트렙토마이신	라이프 테크놀	로지스 15140122
Amphotericin B	Life Technologies	15290018
포름알데히드	Sigma Aldrich	F8775
Triton X-100	BDH	T8532
BSA	Sigma Aldrich	A2058
Anti-β III-튜불린	Promega	G7121
TRITC-conjugated anti-mouse IgG 항체	, Sigma Aldrich	T5393
DAPI	Invitrogen,	D1306
Fluo-4 AM	Invitrogen	F14201
DMSO	Sigma, Aldrich	, 472301
Pluronic F-127	Invitrogen	P6867
UV-Vis 분광계	Varian Medical Systems Inc.	Cary 50 Bio
Mini 원심분리기	Eppendorf	Mini Spin
Sonic bath	Unisonics Australia	FPX 10D
세포 배양 인큐베이터	Kendro	Hera Cell 150
세포 배양 원심분리기	Hettich	Rotofix 32A
레이저 다이오드	Optotech	780 nm 단일 모드 광섬유 결합 LD
광섬유	Thorlabs	780 HP
파워 미터	Coherent	Laser Check
ImageJ	http://rsb.info.nih.gov/ij/index.html
Epifluorescent microscope	Axon Instruments	ImageX-press 5000A
μ -slide well	Ibidi	80826
Inverted confocal microscope	Carl Zeiss Microscopy Ltd. (자이스 현미경 검사)	LSM 510 메타 컨포칼 현미경
오실로스코프	텍트로닉스	TDS210

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