May 19th, 2018
그들은 완전 한 tunability 폴리머 백본 및 따라서 셀 microenvironment의 허용으로 재조합 단백질 엔지니어링 hydrogels는 3D 세포 배양에 대 한 유리한 있습니다. 여기, 우리 재조합 엘라 스 틴 같은 단백질 정화의 과정 및 3 차원 하이드로 겔 셀 캡슐화에의 응용을 설명합니다.
이 프로토콜의 전반적인 목표는 3D 세포 캡슐화를 위한 조정 가능한 하이드로겔로 사용하기 위해 재조합으로 파생된 엘라스틴 유사 단백질을 발현하고 정제하는 것입니다. 또한 이 프로토콜은 캡슐화된 세포의 컨포칼 현미경에서 다운스트림 형광 라벨링을 위한 방법론을 제시합니다. 이 방법은 3D에서 세포-세포외 기질 상호 작용의 역할을 이해하는 것과 같은 생체 재료, 재생 의학 및 세포 생물학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다.
이 기술의 주요 장점은 여러 세포 유형 연구에 적합한 재현 가능하고 조정 가능한 모듈식 재료 플랫폼을 제공한다는 것입니다. 전반적으로 이 기술의 구현은 향후 세포 기반 재생 요법의 성공을 좌우할 수 있는 중요한 세포 ECM 신호 매개변수에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다. 암피실린(ampicillin)과 클로람페니콜(chloramphenicol) 한천 플레이트를 관심 있는 ELP를 암호화하는 벡터를 포함하는 미리 만들어진 박테리아 스톡으로 줄무늬를 만듭니다.
그런 다음 줄무늬가 있는 플레이트를 섭씨 37도에서 하룻밤 동안 거꾸로 배양하여 박테리아가 성장할 수 있도록 합니다. 다음 날, 플레이트에서 단일 콜로니를 선택하고 예열된 스타터 배양을 접종합니다. 섭씨 37도의 셰이커에서 16시간 동안 배양물을 배양합니다.
배양 기간이 끝나면 혈청학 피펫을 사용하여 20ml의 스타터 배양액을 각 발현 플라스크로 옮깁니다. 플라스크 쉐이킹이라는 표현을 한 시간 동안 그대로 둡니다. 1시간 후, 발현 플라스크에서 600나노미터의 부분 표본에서 광학 밀도를 측정합니다.
판독값이 0.6에 도달하자마자 셰이커의 온도를 섭씨 32도로 낮추십시오. 판독값이 0.8에 도달하면 1ml의 1몰 멸균 여과된 IPTG를 첨가하여 발현 플라스크에서 ELP 발현을 유도합니다. 7시간 동안 문화를 표현할 수 있습니다.
7 시간 후에, 지면 원심 분리기에 있는 12, 000 x g에 4 섭씨 온도에 15 분 동안 표정 매체를 원심 분리하십시오. 원심분리 후 주걱을 사용하여 원심분리기 용기에서 세포 펠릿을 수집하고 미리 계량된 지퍼락 백에 넣습니다. 다음으로, 세포 펠릿을 멸균 여과된 TEN 완충액에 용해시킵니다.
세포 펠릿을 마사지하여 균질한 용액을 형성합니다. 현탁액 세포 펠릿이 재활성화된 지퍼락 백을 섭씨 80도의 보조 용기에 동결합니다. 해동된 세포 펠릿에 세포 용해물 100ml당 약 30-40mg의 deoxyribonuclease와 100mm의 100mmmolar PMSF를 추가합니다.
섭씨 4도의 용해물을 셰이커에서 밤새 배양합니다. 세 번째 동결-해동 주기에 따라 섭씨 4도에서 1시간 동안 샘플을 최소 15, 000 x g로 원심분리합니다. 원심분리 후 원심분리기 용기에서 상층액을 붓고 용액을 새 원심분리기 용기로 옮깁니다.
상등액 100밀리리터마다 염화나트륨 5.84g을 3부로 추가하여 최종 1몰 농도를 얻습니다. 현탁액을 섭씨 37도의 진탕 인큐베이터에서 3시간 동안 배양합니다. 배양 후, 섭씨 37도에서 1시간 동안 최소 15, 000 x g에서 샘플을 원심분리합니다.
원심분리 후, 원심분리기 용기에서 상등액을 버리고 펠릿을 매스화합니다. 다음으로, 원심분리 후 얻은 펠릿 그램당 10밀리리터의 오토클레이브 초순수를 추가합니다. 단백질이 완전히 용해되도록 하려면 금속 주걱을 사용하여 펠릿을 으깨고 다시 현탁시킵니다.
재부유한 펠릿을 섭씨 4도에서 궤도 셰이커에서 하룻밤 동안 배양합니다. ELP를 추가로 정제하기 위해 총 3회 동안 냉간 및 고온 원심분리 단계를 반복합니다. 다음으로, 3.5 킬로달톤 투석막의 잔류 상등액을 섭씨 4도의 예냉된 초순수 4리터에 3일 동안 다이얼화하여 단백질 용액을 탈염합니다.
최종 투석 용액을 예냉된 원심분리기에서 원심분리합니다. 상등액을 섭씨 80도에서 미리 계량된 원뿔형 튜브에 얼립니다. 마지막으로, 냉동 용액을 3일 동안 동결 건조한 다음 최종 동결 건조 제품의 무게를 측정하여 단백질 수율을 결정합니다.
생검 펀치를 사용하여 0.5mm 두께의 실리콘 시트에 구멍을 뚫습니다. 그런 다음 각 구멍 주위에 사각형을 자릅니다. 그런 다음 핀셋을 사용하여 개별 금형의 각 측면에 있는 플라스틱 랩을 제거합니다.
플라스틱 랩을 제거한 후 핀셋을 사용하여 후속 플라즈마 본딩을 위해 동일한 수의 베어 실리콘 몰드와 유리 커버 슬립을 48웰 플레이트의 뚜껑에 교대로 배치하십시오. 모든 세포 배양 물질이 제조된 후 다운스트림 하이드로겔 캡슐화를 위한 관심 세포 유형의 준비가 시작될 수 있습니다. 세포를 단일 세포 현탁액으로 해리한 후 원하는 수의 세포를 1.5ml 원심분리 튜브로 분취합니다.
그런 다음 약 200 x g에서 3분 동안 세포를 원심분리합니다. 원심분리 후 상등액을 흡입하고 펠릿을 얼음 위에 보관하십시오. ELP 원액의 세포 펠렛을 최종 부피의 80%까지 재현탁합니다.
그런 다음 피펫을 사용하여 용액을 ELP의 균질한 세포 현탁액에 혼합합니다. 나머지 20%의 최종 부피에 대해 THPC 원액을 셀 ELP 현탁액에 추가합니다. 기포의 형성을 피하면서 균질한 혼합물의 형성을 보장하기 위해 여러 번 피펫을 사용하십시오.
다음으로, 원 운동으로 셀 ELP THPC 혼합물을 24웰 플레이트의 각 금형에 피펫팅합니다. 그런 다음 샘플을 실온에서 15분 동안 배양합니다. 15분 후 섭씨 37도에서 추가로 15분 동안 샘플을 배양합니다.
배양이 끝나면 750마이크로리터의 따뜻한 세포 배양 배지를 24웰 플레이트의 각 웰에 조심스럽게 추가합니다. 원하는 배양 기간 동안 하이드로겔을 섭씨 37도로 둡니다. 먼저 각 웰에서 매체를 흡인합니다.
그런 다음 1ml의 따뜻한 DPBS로 우물을 씻으십시오. 세척이 완료된 후 각 웰에 750마이크로리터의 고정 용액을 추가합니다. 그런 다음 24웰 플레이트를 섭씨 37도에서 30분 동안 배양합니다.
배양 후, 각 우물에서 정착 용액을 흡인하고 고정액을 유해 폐기물 용기에 버립니다. 그런 다음 샘플에 DPBS 1ml를 추가하고 DPBS를 즉시 유해 폐기물 용기에 폐기합니다. 다음으로, 750마이크로리터의 투과화 용액을 추가하여 로커의 실온에서 분당 15회전으로 샘플을 1시간 동안 투과화합니다.
1시간 후 투과화 용액을 흡입하고 샘플에 750마이크로리터의 차단 용액을 추가합니다. 샘플을 실온에서 3시간 동안 로커에 그대로 두십시오. 그런 다음 항체 희석 용액으로 원하는 1차 항체를 희석합니다.
다음으로, 각 샘플에 500마이크로리터의 항체 용액을 추가합니다. 섭씨 4도에서 밤새 샘플을 배양합니다. 다음 날, 1차 항체 용액을 흡인한 다음 PBST로 샘플을 실온에서 분당 15회전으로 1시간 3회 세척합니다.
다음으로, DAPI 원액 1밀리리터당 5밀리그램에 적절한 2차 항체를 희석하여 밀리리터당 2.5마이크로그램의 최종 농도를 달성합니다. 그런 다음 각 샘플에 500마이크로리터의 용액을 추가합니다. 다음으로, 알루미늄 호일을 사용하여 24웰 플레이트를 덮고 플레이트를 섭씨 4도에서 밤새 배양합니다.
다음 날, 2차 항체 용액을 흡인하고 PBST로 샘플을 로커에서 실온에서 30분 동안 각각 3회씩 세척합니다. 다음으로, 유리 슬라이드 표면에 하드셋 마운팅 매체 한 방울을 놓고 샘플을 장착 매체에 놓습니다. 마지막으로, 매니큐어를 사용하여 샘플을 유리 커버 슬라이드에 밀봉하여 오염이나 샘플 이동을 방지합니다.
여기서, 통제된 조건에서 전체 길이 ELP를 가진 표적 단백질의 발현은 SDS-PAGE 및 웨스턴 블롯 분석 모두에서 37킬로달톤의 밴드의 존재에 의해 검증됩니다. 그러나 통제되지 않은 조건에서는 웨스턴 블롯을 사용하여 여러 저분자량 띠도 볼 수 있습니다. 저분자량 밴드는 엘라스틴 유사 도메인 반복이 4개 미만인 단백질에 해당하며, 이는 단백질이 발현 중에 완전히 번역되지 않았음을 나타냅니다.
이 결과는 섭씨 32도 이상에서 표현식을 수행할 때 일반적입니다. 하이드로겔 기계적 특성을 일정하게 유지하면서 세포 접착 리간드 농도를 변경하기 위해 피브로넥틴 유래 세포 접착제를 포함하는 ELP 변이체와 비세포 접착제 서열의 비율을 조정합니다. 또한, 쥐 신경전구세포는 3% ELP 하이드로겔에 캡슐화되어 있을 때 7일 동안 생존할 수 있습니다.
살아있는 세포는 calcein AM 염색으로 인해 녹색으로 식별되는 반면, 빨간색 ethidium homodimer는 죽은 세포에 의해 우선적으로 흡수됩니다. 신경전구세포의 줄기세포 표현형을 검증하기 위해 세포가 3D ELP 하이드로겔에 캡슐화될 때 Sox2 및 nestin과 같은 표준 마커의 발현도 면역염색을 통해 시각화됩니다. 이 동영상을 시청한 후에는 다양한 세포 유형의 다운스트림 캡슐화를 위해 엘라스틴 유사 단백질을 발현하고 정제하는 방법을 잘 이해하게 될 것이며, 또한 세포 표현형 조절에서 3D 미세환경의 역할을 조사할 수 있습니다.
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본 프로토콜은 3D 세포 캡슐화에 적합한 튜너블 하이드로겔 사용을 위한 엘라스틴 유사 단백질의 발현 및 정제 과정을 설명합니다. 또한, 컨포칼 현미경 분석을 위한 캡슐화된 세포의 형광 표지 방법에 대한 자세한 내용을 담고 있습니다.
This protocol enables reproducible, tunable hydrogel platforms for 3D cell encapsulation, addressing the translational gap between 2D in vitro models and in vivo microenvironments. By providing independent control over mechanical properties and cell-adhesive ligand concentration, it supports mechanistic de-risking in early discovery and improves predictive confidence in cell-based regenerative therapy development. The method enhances workflow continuity from target validation through preclinical modeling by enabling standardized, quantitative assessment of cell-ECM interactions in disease-relevant systems.
The method integrates into the discovery continuum from target validation through lead identification and preclinical evaluation, providing a tunable 3D system that improves biological fidelity at each stage.