PDMS를 이용한 높은 처리량 견인력 현미경 검사법은 상피-중간엽 전이에 대한 성장 인자-β 변환의 용량 의존적 효과를 밝혀냅니다.
June 1st, 2019
우리는 실리콘 고무 (PDMS)로 제작 된 높은 처리량 견인력 분석방법을 제시한다. 이 새로운 분석은 다양한 생물학적 및 생물 의학 적 과정 및 질병 동안 세포 수축성의 물리적 변화를 연구하는 데 적합합니다. 우리는 상피-중간엽 전이 동안 수축성의 TGF-β 의존적 증가를 측정함으로써 이 방법의 유용성을 입증한다.
내 실험실은 세포가 어떻게 발휘하고 기계적 힘에 의해 영향을 받는지 검사하는 기계생물학에 관심이 있습니다. 우리가 mechanobiology를 정량화할 수 있는 한 가지 방법은 세포 수축을 측정하는 것입니다. 부착 된 세포에서, 수축은 세포 기판에 가해지는 견인력에서 나타납니다. 우리는 일반적으로 견인력 현미경 검사법 또는 TFM이라고 하는 방법론을 사용하여 이러한 힘을 정량화합니다. 그리고 TFM은 다양한 다양한 방법으로 구현되었지만 일반적인 측면은 일반적으로 이와 같은 단일 접시에서 수행되는 다소 직렬적이고 느린 실험실 기술이라는 것입니다. 이것은 한 번에 하나의 인구 또는 조건을 평가하는 것을 제한합니다. 세포 배양 전반에 걸쳐 몇 시간 전에 개선되었지만 멀티 웰 요리를 만들고 우리는 생각, 그것은 우리가 같은 증가 처리량과 시간과 시약의 동일한 효율성으로 TFM에 할 수있는 좋은 되지 않을까요? 그리고 이것은 우리의 해결책이었습니다. 그래서 우리는 96 잘 견인 힘 접시를 만들었습니다. 그리고 그것은 기존의 96 잘 조직 배양 접시와 매우 유사 보이지만,이 요리로 우리는 96 가지 세포 배양 조건을 검사 할뿐만 아니라 세포 수축도 정량화 할 수 있습니다. 이것은 우리가 다양한 세포 조건 및 수축 반응을 검토할 수 있도록 단 하나 접시 접근 보다는 훨씬 더 높은 처리량 해결책을 제시합니다. 암 전이 도중, 암세포는 우리의 바디에 있는 질병을 퍼뜨리는 그들의 1 차적인 사이트에서 이차 사이트에 여행합니다. 암세포의 이 전이성 행동은 암 관련 죽음의 90%를 차지합니다. 상피 암 세포를 위한 제안된 기계장치 중 하나는 더 철새 및 침습적인 표현형을 취득하기 위하여 상피-중간엽 전이, EMT이다. EMT 동안, 그들은 더 철새와 침략이되어 신체적 행동을 변화시게됩니다. 물리적 행동에 있는 이 변경을 더 잘 이해하기 위하여는, 우리는 TGF-In에 의하여 EMT 유도를 가진 마우스 유방 선동맥 세포의 수축에 있는 변경을 측정하기 위하여 우리의 연약한 실리콘 기판을 이용합니다, 우리는 TGF-In세포의 물리적 인 행동의 어떻게 다른 농도 그리고 잠복기 시간을 조사했습니다. 폴리디메틸실록산은 약 0.6킬로파스칼의 가장 낮은 영의 계수를 가진 매우 준수하는 고무입니다. 이 물질의 강성은 또한 우리가 레오미터를 사용하는 PDMS의 기계적 특성을 측정할 184.To SYLGARD를 포함하여 크로스 링크 에이전트의 다른 농도를 사용하여 조정할 수 있습니다. PDMS의 파트 A 및 부품 B를 혼합한 후, 1 대 1 중량 비로 경화제를 지정된 중량 백분율로 첨가한 후, 레오미터 플레이트에 준비된 배치를 로드한다. 스핀들 영역을 완전히 덮을 수 있는 시료를 충분히 로드해야 합니다. 스핀들이 가장자리에 남은 여유 공간이 없는 채 샘플을 완전히 터치하도록 하는 것이 중요합니다. 추가 샘플은 조심스럽게 손질하고 접시에서 닦아야합니다. 진동 전단 균주 0.5%Newsha에서 시간과 주파수 스윕을 수행하여 각 시료의 점성 및 시간 의존성을 측정합니다.이 그래프는 0.5%의 진동 전단 변형으로 폴리디메틸실록산의 유변학적 거동을 측정한 결과, 0.5%의 진동 시단 균주를 적용한 시간 세컨드 테스트의 한 예입니다.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
개요
이 연구는 다양한 생물학적 과정 동안 세포 수축성의 물리적 변화를 조사하기 위해 실리콘 고무(PDMS)로 제작된 고처리량 인력 힘 측정법을 제시합니다. 이 방법의 유용성은 상피-간질 전환 중 TGF-β 의존적 수축성 증가 측정을 통해 입증됩니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 세포 생물학
- 생체역학
- 생체의학 공학
배경
- 세포 수축성은 다양한 생물학적 과정에서 중요합니다.
- 수축성 변화를 이해하면 질병에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
- 기존 방법은 처리량과 민감도가 부족할 수 있습니다.
- PDMS는 측정법 제작에 유용한 재료입니다.
연구 목적
- 세포 수축성을 측정하는 고처리량 측정법을 개발합니다.
- 상피-간질 전환 동안 TGF-β가 수축성에 미치는 영향을 평가합니다.
- 다양한 조건에서 세포 행동을 연구할 수 있는 신뢰할 수 있는 방법을 제공합니다.
사용된 방법
- PDMS를 사용한 인력 힘 측정법의 제작.
- TGF-β에 반응하는 세포 수축성 측정.
- 다수의 샘플을 평가하기 위한 고처리량 분석.
- 상피-간질 전환 역학 평가.
주요 결과
- 세포의 수축성 변화를 성공적으로 측정했습니다.
- TGF-β 의존적 수축성 증가를 입증했습니다.
- PDMS 기반 측정법의 유용성을 검증했습니다.
- 세포 전환 과정의 역학에 대한 통찰력을 제공했습니다.
결론
- PDMS 인력 힘 측정법은 세포 수축성 연구에 효과적입니다.
- 상피-간질 전환 동안 수축성 증가가 확인되었습니다.
- 이 방법은 다양한 생물학 및 생체의학 연구에 적용될 수 있습니다.
자주 묻는 질문
Executive Industry Relevance
This high-throughput traction force microscopy platform enables quantitative assessment of cellular contractility in a scalable format, supporting mechanistic de-risking in early discovery. By linking TGF-β-induced epithelial-to-mesenchymal transition to measurable biophysical changes, the method provides predictive value for target validation in fibrosis and metastasis research. The PDMS-based system offers reproducibility and compatibility with existing multi-well workflows, enhancing enterprise reuse across discovery biology and assay development pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of TGF-β as a modulator of cellular contractility during EMT, supporting target hypothesis testing.
- Operational Value: Provides dose-dependent and time-resolved contractility data to prioritize mechanistic targets in fibrosis and cancer pathways.
- Predictive Value: Quantifies biophysical phenotypes linked to EMT, aiding in preclinical target selection and pathway de-risking.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Delivers quantitative, substrate-independent contractility measurements for assay standardization in mechanobiology screening.
- Operational Value: Compatible with 96-well formats, enabling parallel screening of compound libraries or cytokine doses.
- Assay Readiness: Uses stable, inert PDMS substrates with tunable modulus (0.4–100 kPa) and indefinite shelf life, reducing batch variability.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Links TGF-β dose and duration to contractile output, supporting biomarker-aligned preclinical models of EMT.
- Mechanistic De-risking: Enables evaluation of contractility changes as a functional readout in disease-relevant systems prior to in vivo validation.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by correlating molecular intervention with biophysical phenotype modulation.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead identification, providing biophysical readouts that inform early-phase decision-making.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of TGF-β signaling effects on cellular mechanics and contractility.
- Screening: Enables high-throughput, reproducible quantification of traction forces across multi-well formats for dose-response analysis.
- Analytics: Generates contractility metrics (force magnitude, distribution) that allow comparison of TGF-β concentrations and exposure times.
- Translational Research: Connects in vitro EMT induction to measurable biomechanical changes, supporting preclinical model relevance.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable traction force platform applicable across cell types and mechanobiology targets in oncology and fibrosis.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing ambiguity in mechanobiological phenotypes.
- Operational Value: Enhances reproducibility and scalability through standardized PDMS substrates and multi-well compatibility.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling parallel condition testing and reducing reagent consumption per data point.
- Portfolio Impact: Facilitates risk-adjusted prioritization of targets based on quantitative contractility shifts during pathogenic transitions.
Implementation Considerations
- Requires expertise in cell culture, TFM image analysis, and PDMS substrate preparation.
- Depends on rheometry for substrate characterization and fluorescence microscopy for traction force quantification.
- Necessitates standardization of seeding density, substrate functionalization, and imaging conditions across wells.
- Adaptation to different cell types may require optimization of substrate stiffness and adhesion ligands.
- Practical limitations include substrate thickness uniformity and potential autofluorescence of PDMS at certain wavelengths.
