이 문서에서는 물리와 화학의 높은 처리량 조작 신호 세포 microenvironments vivo에서 흉내 낸 고을 다중화 인공 세포 MicroEnvironment (MACME) 배열 준비 하 상세한 방법론 단일 셀 프로 파일링 인간 만능 줄기 세포 (hPSCs)를 위한 최적의 휴대폰 환경을 식별 합니다.
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이 문서에서는 물리와 화학의 높은 처리량 조작 신호 세포 microenvironments vivo에서 흉내 낸 고을 다중화 인공 세포 MicroEnvironment (MACME) 배열 준비 하 상세한 방법론 단일 셀 프로 파일링 인간 만능 줄기 세포 (hPSCs)를 위한 최적의 휴대폰 환경을 식별 합니다.
단서, 성장 인자, 세포 외 매트릭스, 세포 상호 작용 등의 다양 한 세포 microenvironments에 의하여 이루어져 있다. 이러한 신호 잘 조율 된 그리고 생활 시스템에서 세포 기능 조절에 중요 한. 연구자의 숫자는 환경 요인과 원하는 세포 기능 간의 상관 관계를 조사 하려고 했습니다, 많은 알 수 없는 남아 있다. 이것은 같은 환경 신호에 vitro에, 모방 하 고 셀에 다른 환경 신호를 테스트 하는 동시에 적절 한 방법론의 부족 때문에 크게 이다. 여기, 우리는 미세 채널 및 높은 콘텐츠 단일 셀 분석, 줄기 세포 고기 다른 환경 요인에 의해 변경 될 검사를 다음 nanofiber 배열의 통합된 플랫폼을 보고 합니다. 설명 하기 위해이 플랫폼의 응용 프로그램,이 연구는 인간 만능 줄기 세포 (hPSCs) 자기 갱신의 고기에 집중 한다. 여기, 우리 다중화 인공 세포 MicroEnvironment (MACME) 배열의 제작에 nanofiber 배열 및 미세 구조에 대 한 준비 절차를 제시. 또한, 프로 파일링, 여러 형광 마커, 여러 형광 이미징, 그리고 통계 분석, 얼룩 셀 단일 셀의 전체 단계 설명 합니다.
인간 만능 줄기 세포 (hPSCs)1,2 자체 unlimitedly 확장 한다 갱신 하 고 신약 개발, 세포 기반 치료, 조직 공학 및 재생 의학 혁명을 수 있는 다양 한 조직 혈통으로 차별화 3 , 4 , 5 , 그러나 6. 일반 문화 요리와 결정 판,, 세포 확장을 위한 중요 한 요소는 정확한 물리적, 화학적 셀 조작 범위의 나노를 마이크로-미터, 세포 수준에서 사용 하도록 설계 되지 않았습니다 셀프-갱신, 그리고 감 별 법입니다. 이 단점을 해결 하기 위해 연구 세포 운명 결정 및 셀 기능4규제에 세포 microenvironments의 역할 조사 했습니다. 최근 몇 년 동안, 연구의 증가7,8 체 외에서세포 microenvironments를 재구성 하기 위해 실시 되었습니다. 나노 및 마이크로 제작 공정 화학9,10,,1112,13의 조작을 통해 이러한 microenvironments 설립 14,15,,1617 및 실제18,,1920 환경 신호. 지금까지 세포 운명 결정 및 단일 플랫폼 내에서 기능에 화학적 및 물리적 환경 단서의 기본 메커니즘을 체계적으로 조사를 보고 했다.
여기에 심플한 디자인 원칙 강력한 심사 플랫폼 (그림 1)을 설정 하는 전략을 소개 합니다. 우리가 nanofiber 배열 및 미세 구조를 사용 하 여 다재 다능 한, 인공 세포 microenvironments를 만들기 위한 통합된 플랫폼의 개발 절차를 설명 하는 첫째,: 더 다중화 인공 세포 MicroEnvironment (MACME) 배열 (그림 1A 그리고 2A). Nanofiber 배열 nanofiber 재료와 밀도의 다양 한 조합에서 12 다른 microenvironments를 있다. 전기 조작 nanofibers 하 사용 되었다. 폴리스 티 렌 (PS)21,22, polymethylglutarimide (PMGI) 젤라틴 (GT)23, 같은 nanofiber 재료 세포 접착 및 pluripotency ( 의 유지 보수에 영향을 미칠 수 있습니다 그들의 화학 재산을 테스트 하도록 설계 되었습니다. 그림 2B). Nanofiber 밀도 했다 전기 시간을 변경 하 여 다양 하 고 생성 된 nanofibers 그들의 밀도 따라 정의 된 (DNF, d = XLow/낮은/중간/높은). 미세 구조입니다 (PDMS) 48 세포 배양 챔버, 96-잘 microplate의 표준 치수에 따라 배치 될 수 있습니다 있는 은닉의 구성 됩니다. PDMS는 일반적으로 미세 장치24를 조작 하는 데 사용 하는 생체 및 가스 교환 중합체 이다. 각 미세 채널 설계 되었습니다 700 µ m 폭 및 8.4 m m 길고 가장자리 (표 1)에서 2 개의 후미를 했다. 약 실 다른 고소 했다 (250, 500 및 1000 µ m)에서 초기 셀 시드 밀도 (0.3, 0.6, 1.2 × 105 셀/cm2), 생존, 확산, 그리고 hPSCs25의 연관 시킬 수 있는 조작 (그림 2C). 챔버로 시드 셀 수 챔버 바닥 위에 열 밀도에 비례 이며 따라서 밀도 시드 초기 셀 문화 실로 서로 다른 높이와 동일한 세포 현 탁 액을 도입 하 여 통제 되었다. 모든 채널 ≥ 250 µ m 높이26 셀에 낮은 산소 긴장27 및 전단 응력28 의 효과 최소화 하기 위해 되도록 설계 되었습니다. 250, 500 및 1000 µ m의 채널 높이 여기 약식 x XCD = 낮음, 중간, 그리고 높은, 각각. 고유한 nanofiber 밀도와 초기 셀 시드 밀도 환경 "Material_NF density_Cell 밀도"로 단축 되었다 (예를 들어, GT_HighNF_HighCD: 고밀도 GT nanofibers 및 높은 초기 셀 시드 특징 환경 밀도)입니다.
그 후, 우리는 단일 셀 셀 동작 환경 요인 (그림 1B)에 대 한 응답을 체계적으로 조사 분석을 수행 하는 방법을 설명 합니다. 의 증거-개념, 우리 식별 hPSC 자체 재생을 위한 최적의 세포 환경 hPSC 유지 보수 (그림 1B)29에 대 한 주요 기능입니다. 이미지 기반 cytometry, 통계 분석, 이어서 세포 환경 개별 세포 phenotypic 응답의 정량적 해석 할 수 있습니다. 다양 한 세포 기능 가운데이 종이 hPSC 자기 갱신을 유지 하기 위한 최적의 조건을 식별 하는 자세한 절차를 제공 합니다.
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1입니다. MACME 배열의 제작
참고: 모든 재료와 장비 자료 테이블에 나열 됩니다.
2. MACME 배열에 hESCs 로드
3. 양적 단일 셀 프로 파일링
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MACME 배열: 설계 및 제조: Nanofiber 기술 함께, 우리는 미세 세포 배양 및 심사 기술을 이전 hPSC 자체 갱신 또는 차별화35,36 (그림 1)에 대 한 최적의 조건을 식별 하기 위해 사용. 이것은 세포 배양 챔버와 조건을 정확 하 게 제어 하 고 확장 가능한42,,4344때문에 강력한 높은 처리량 세포 기반 분석을 설정 하는 데 적합. 여기, nanofiber 배열 간단한 nanofiber 증 착 방법, 3D 인쇄 마스크와 전기에 의해 준비 되었다. 미세 부품 쉽게 많은 시련과 오류를 통해 챔버 구조...
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이 프로토콜 자격 갖춘된 hPSCs의 유지 보수에 대 한 강력한 문화 시스템 구축 첫 번째 심사 메서드를 보여 줍니다. 첫째, 우리는 다양 한 인공 소프트웨어와 통합 nanofiber 배열, MACME 배열 된 미세 장치를 사용 하 여 밀도 시드 셀 플랫폼을 준비 하는 방법을 설명 합니다. 두 번째, 양적 이미지 기반 단일 셀 형질 개별 세포 결과 및 다른 생 화 확 및 생물 기능에 의해 변경 하는 동작 수행된50 이었다. 이 프로토콜에서 GT nanofiber 시드 밀도 높은 초기 세포의 상태에 긍정적인 제어 ECM 단백질의 구성 된 환경 undifferentiated 상태;의 기능 특징 이었다 급속 한 확산45 와 안정적인 OCT4 식51. 이 관측은 "세포-기질" 및 "셀" 상호 작용 하는 분자 메커니즘 hPSCs의 pluripotency 영향을 미칠 수 표시.
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우리는 인간의 ES 세포를 제공 하기 위한 iCeMS, 교토 대학에서 교수 N. 辻를 감사 합니다. 우리는 또한 감사 교수 A. 마루야마 도쿄 기술 연구소에서 원자 힘 현미경의 사용에 그의 지원에 대 한. 자금 아낌없이 제공 했다 일본 사회 과학의 프로 모션에 대 한 (JSP; 22350104, 23681028, 25886006, 및 24656502); 자금 또한 새로운 에너지와 산업 기술 종합 개발 기구 (NEDO)와 Terumo 생명 과학 재단에 의해 제공 했다. WPI iCeMS는 세계 최고의 국제 연구 센터 이니셔티브 (WPI), 교육, 문화, 스포츠, 과학 및 기술 (MEXT), 일본에 의해 지원 됩니다. 이 작품의 일부는 교토 대학 나노기술 허브와 AIST 나노 처리 시설 "나노기술 플랫폼 프로젝트" 일본 문 부 과학성의 후원에 의해 지원 되었다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 폴리스티렌 (PS) | Sigma | #182435 | 평균 MW: 290,000, 평균 Mn: 130,000 |
| 폴리메틸글루타리미드(PMGI) | MicroChem | G113113 | |
| 젤라틴(GT) | Sigma | G2625 | 돼지 가죽에서 추출한 A형 |
| Sylgard 184 실리콘 엘라스토머 키트 | Doe Corning Toray | #1064291 | PDMS 경화제 및 실리콘 엘라스토머 베이스가 이 키트의 구성 요소입니다. |
| OpenSCAD | 이것은 미세유체 장치의 금형을 설계하는 데 사용되는 무료 3D 컴퓨터 그래픽 소프트웨어(http://www.openscad.org/)입니다. | ||
| AutoCAD 2014 | Autodesk | 나노 섬유 어레이 준비에 사용되는 마스크 설계에 사용되는 3D 컴퓨터 그래픽 소프트웨어 (https://www.autodesk.com/products/autocad/overview)입니다. | |
| 3D 프린터, AGILISTA-3000 | Keyence | ||
| UV 경화 수지, AR-M2 | Keyence | Agilista의 3D 프린팅에 사용됩니다. | |
| 아세트산 | 시그마 | #338826 | ≥ 99.99% |
| 틸 아세테이트 | Sigma | #270989 | 무수, 99.8% |
| 테트라하이드로퓨란(THF) | 시그마 | #401757 | |
| MSP-30T | 진공 장치 | 마그네트론 스퍼터링 머신 | |
| Nunc OmniTray | Thermo Fisher Scientific | #242811 | 이것은 나노 섬유 어레이가 생성되는 폴리스티렌 베이스 플레이트입니다. 이 플레이트 크기는 일반적으로 127.7 x 85.5mm입니다. |
| 건형 코로나 방전 가공기 | 신코전기(주) 계측 | CFG-500 | 이 편리한 장치는 프로토콜의 1.5단계 "MACME 어레이 어셈블리"에서 PDMS 계층의 바닥 표면을 활성화하기 위한 코로나를 생성하는 데 사용됩니다. |
| 5mL 주사기 | Terumo | SS-05SZ | |
| 스테인리스 스틸 무딘 바늘(23게이지) | Nipro | #2166 | 외경과 길이는 각각 0.6mm와 32mm입니다. |
| 고전압 전원 공급 장치 | TechDempaz | ||
| 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide, hydrochloride | Dojindo | W001 | |
| N-Hydroxysoxynimide | Sigma | #56480 | |
| Matrigel hESC 인증 Matrix | Corning | #354277 | 이 단백질은 프로토콜에서 기저막 겔 매트릭스로 언급됩니다. |
| CellAdhere Vitronectin, Human, Solution | STEMCELL Technologies | #07004 | |
| TeSR-E8 | STEMCELL Technologies | #05940 | 인간 ES 및 iPS 세포 유지를 위한 무공급, 무이종 배양 배지 |
| Y-27632 | Wako Pure Chemical Industries | #253-00513 | |
| TrypLE Express Enzyme (1X), phenol red | Thermo Fisher Scientific | #12605028 | 이것은 부착 포유류 세포의 해리를 위한 재조합 트립신 유사 프로테아제입니다. |
| Alexa Fluor 647 Azides가 포함된 Click-iT EdU 이미징 키트 | Thermo Fisher Scientific | C10086 | 온플레이트(on-plate) 형광 염색에서 증식 세포의 형광 라벨링은 이 키트의 제품 설명서에 따라 수행되었습니다. |
| Annexin V, Alexa Fluor 594 conjugate | Thermo Fisher Scientific | A13203 | |
| 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) | Thermo Fisher Scientific | D1306 | |
| Oct-3/4 항체 (C-10) | Santa Cruz Biotechnology | sc-5279 | |
| 당나귀 안티 마우스 IgG H& L (DyLight 488) | abcam | ab96875 | 이것은 온-플레이트 형광 세포 염색에 사용되는 2차 항체입니다. |
| ECLIPSE Ti-E | Nikon | CFI Plan Fluor 4×/0.13 N.A. 대물 렌즈(Nikon), CCD 카메라(ORCA-R2, Hamamatsu), 수은 램프(Intensilight, Nikon), XYZ 자동화 스테이지(엔코더가 있는 Ti-S-ER 전동 스테이지, Nikon) 및 4개의 형광 채널(DAPI, GFP HYQ, TRITC, Cy5; Nikon) | |
| NIS-Elements Advanced | Research Nikon | 은 자동 이미지 획득에 사용되는 현미경 이미징 소프트웨어입니다. | |
| CellProfiler, 버전 2.1.0 | 이것은 세포 이미지 분석(http://cellprofiler.org/)을 위한 무료 개방형 소프트웨어입니다. | ||
| R | SOM 분석은 이 소프트웨어의 kohonen 패키지에 의해 수행됩니다. 이것은 무료로 사용할 수 있습니다(https://www.r-project.org/). | ||
| Cluster 3.0 | 오픈 소스 클러스터링 소프트웨어(http://bonsai.hgc.jp/~mdehoon/software/cluster/software.htm)입니다. 비지도 계층적 클러스터링은 이 소프트웨어를 사용하여 수행됩니다. | ||
| Java TreeView | : 이 오픈 소스 소프트웨어(http://jtreeview.sourceforge.net/)는 클러스터링 데이터를 히트맵 및 덴드로그램으로 시각화하는 데 사용됩니다. | ||
| H9 인간 배아 줄기 세포 | WiCell 줄기 세포 은행 | WA09 |
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