September 7th, 2018
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.
이 방법은 세포 미세 환경이 세포 표현형과 기능을 어떻게 변화시키는지와 같은 줄기 세포 공학 분야의 핵심 질문에 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 가장 큰 장점은 마이크로 콘택트 플레이트에서 기존 방법으로는 수행할 수 없는 단일 플레이트의 세포에 인위적으로 생성된 여러 환경을 제공한다는 것이며, 이 절차는 우리 실험실의 기술자인 Koki Yoshimoto와 Risako Sakai가 시연할 것입니다. 텍스트 프로토콜에 따라 미세유체 구조에서 나노 섬유 어레이 및 몰드용 마스크의 3D 이미지를 생성한 후.
3D 프린터를 사용하여 마스크와 금형을 인쇄합니다. 전기 방사를 위한 고분자 용액을 준비하려면 13% PMGI 액체를 테트라히드로푸란으로 9%로 희석합니다. 0.08g의 PS를 THF와 디메틸포름아미드의 1:1 부피 비율로 용해시키고 액체 리젠트를 사용하여 부피를 PS 용액당 8% 중량의 최종 1밀리리터까지 가져옵니다.
0.1g의 GT를 물, 산성 산 및 에틸 아세테이트에 용해시키고 혼합 용매 용액을 사용하여 부피를 10 % 중량 기준 GT 용액의 최종 1 밀리리터까지 가져옵니다. 다음으로, 마그네트론 스퍼터링 기계를 사용하여 전기 방사 설정에서 음극 역할을 하는 폴리스티렌 베이스 플레이트에 5나노미터 두께의 백금 층을 증착합니다. 각 폴리머 용액을 23게이지 스테인리스강 무딘 바늘이 장착된 5ml 주사기에 넣습니다.
그런 다음 전기 방사 장치의 수집기에서 12cm 떨어진 주사기 펌프에 주사기를 고정합니다. 주사기 바늘을 고전압 전원 공급 장치에 연결하고 11k볼트로 설정합니다. 그런 다음 펌핑 속도를 시간당 20밀리리터로 설정하고 온도와 습도를 각각 섭씨 30도와 부피 기준으로 30% 미만으로 유지합니다.
이제 베이스 플레이트에 마스크를 놓습니다. 그런 다음 마스크의 구멍을 통해 전기 회전 시간을 변경하여 베이스 플레이트에 뚜렷한 밀도의 나노 섬유를 제작합니다. 베이스 플레이트에서 마스크를 제거하고 나노 섬유 제작을 반복합니다.
어레이가 완성되면 섭씨 25도의 데시케이터에 16시간 동안 넣어 남은 용매를 증발시킵니다. GT 나노 섬유를 가교하려면 에탄올에서 0.2 몰 EDC 및 0.2 몰 NHS로 처리하십시오. 그리고 샘플을 섭씨 25도에서 4시간 동안 배양합니다.
GT 나노 섬유를 헹구려면 99.5% 에탄올을 두 번 사용하고 플레이트를 섭씨 25도에서 16시간 동안 진공 건조합니다. 미세유체 구조를 제조하려면 PDMS 경화제 2g과 PDMS 염기 20g을 혼합합니다. 그런 다음 pre-PDMS 혼합물을 제작된 금형에 붓습니다.
데시케이터에서 30분 동안 pre PDMS 혼합물을 탈기합니다. 그런 다음 pre PDMS 혼합물을 섭씨 65도의 오븐에서 16시간 동안 경화시킵니다. Macme 어레이를 조립하려면 금형에서 경화된 PDMS 구조를 벗겨내고 70% 에탄올을 사용하여 청소합니다.
그런 다음 PDMS 구조의 바닥면에서 대기 코로나를 방전합니다. 나노 섬유 어레이로 PDMS 구조를 빠르게 조립할 수 있습니다. 그런 다음 어셈블리를 섭씨 65도에서 이틀 동안 오븐에서 굽습니다.
DPBS를 사용하여 35mm 접시에서 배양된 H9HESC를 세척합니다. 그런 다음 0.5ml의 재조합 트립신 광 프로테아제를 접시에 넣고 섭씨 37도에서 1분 동안 배양합니다. 상등액 프로테아제 혼합물을 조심스럽게 흡인합니다.
즉시 HPSC 배지를 추가하고 배지를 접시 표면에 반복적으로 부드럽게 분배하여 세포를 해리합니다. 그런 다음 분리된 셀을 15ml 원추형 튜브로 옮깁니다. 튜브를 중력의 200배로 3분 동안 원심분리한다.
상등액을 흡입하고 예열 된 HPSC 배지에 세포를 현탁시킵니다. 그런 다음 12마이크로리터의 세포 현탁액을 각 미세유체 챔버에 피펫팅합니다. 텍스트 프로토콜에 따라 세포를 형광 라벨링한 후 Macme 어레이에서 PDMS 미세유체 구조를 벗겨냅니다.
그런 다음 Macme 어레이에서 잔류 PBMS를 제거하고 PBS의 글리세롤 90%를 염색된 세포에 첨가한 다음 커버 슬립을 적용합니다. 마지막으로, 도립 형광 현미경의 스테이지에 플레이트를 거꾸로 놓습니다. 그리고 현미경 이미징 소프트웨어를 사용하여 12비트 컬러 이미지를 획득합니다.
여기에 표시된 것은 젤라틴 나노 섬유에서 높은 초기 파종밀도로 배양되고 3개의 세포 표현형 마커로 염색된 H9HPSC의 면역형광 이미지입니다. SOM 분석을 사용하여 각 데이터 세트에 있는 4개의 표현형 마커에 대한 발현 수준의 동질성과 이질성을 비교하기 위해 고차원 다중 파라메트릭 데이터 세트를 저차원 2D 맵으로 변환하고 SOM 노드에 대해 비지도 계층적 클러스터링을 수행했습니다. 여기에서 지적된 바와 같이, 모든 그룹은 기저막 겔 매트릭스 또는 MG에서 관찰된 것보다 더 높은 OCT4 발현을 보였습니다. 그룹 1은 높은 EdU 신호를 보였는데, 이는 대부분의 세포가 활발하게 증식하고 있음을 나타냅니다.
따라서 그룹 1의 미세환경은 세포주기 갭 단계가 단축될 때 미분화된 HPSC가 빠르게 증식하기 때문에 HPSC 유지 관리에 적합했습니다. 그룹 2에는 불충분한 초기 밀도에서 파종된 세포와 HPSC 자가 재생을 지원하지 않는 2D GT 스캐폴드에서 성장한 세포가 포함되었습니다. 예를 들어, 이 샘플의 EdU 신호가 손실되고 아넥신 V 수치가 약간 증가하여 세포가 줄기성을 잃고 점차 세포사멸이 되었음을 나타냅니다.
PMGI 나노 섬유 매트릭스를 구성하는 미세환경을 나타내는 그룹 3의 PMGI MidNF HighCD는 다른 조건에 비해 OCT4 및 EdU 신호에서 더 큰 변화를 보였습니다. 개발 후 이 기술은 줄기세포 분야의 연구자가 조직 공학 및 고급 스크리닝을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.
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이 기사는 다중 인공 세포 미세 환경(MACME) 어레이를 준비하는 방법론을 설명하며, 이를 통해 세포 미세 환경의 고처리량 조작을 가능하게 합니다. 이 접근법은 단일 세포 프로파일링을 통해 인간 만능 줄기 세포(hPSCs)의 최적 조건을 식별하는 것을 목표로 합니다.
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.