Opisujemy tutaj działanie urządzenia mikroprzepływowego, które umożliwia ciągłe i wysokorozdzielcze obrazowanie mikroskopowe pojedynczych pączkujących komórek drożdży podczas ich pełnego okresu replikacji i/lub chronologicznego życia.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Opisujemy tutaj działanie urządzenia mikroprzepływowego, które umożliwia ciągłe i wysokorozdzielcze obrazowanie mikroskopowe pojedynczych pączkujących komórek drożdży podczas ich pełnego okresu replikacji i/lub chronologicznego życia.
Pokazujemy użycie prostego układu mikroprzepływowego, w którym pojedyncze kiełkujące komórki drożdży mogą być śledzone przez cały okres ich życia. Chip mikroprzepływowy wykorzystuje różnicę wielkości między komórkami macierzystymi i potomnymi za pomocą szeregu mikropadów. Po załadowaniu komórki są uwięzione pod tymi mikropadami, ponieważ odległość między mikropodkładką a szkłem nakrywkowym jest podobna do średnicy komórki drożdży (3-4 μm). Po procedurze ładowania, pożywka hodowlana jest w sposób ciągły przepłukiwana przez chip, co nie tylko tworzy stałe i zdefiniowane środowisko przez cały eksperyment, ale także wypłukuje pojawiające się komórki potomne, które nie są zatrzymywane pod elektrodami ze względu na ich mniejszy rozmiar. Układ utrzymuje komórki macierzyste tak skutecznie, że w jednym eksperymencie można monitorować do 50 pojedynczych komórek w sposób w pełni zautomatyzowany przez 5 dni lub, jeśli to konieczne, dłużej. Ponadto doskonałe właściwości optyczne chipa pozwalają na obrazowanie komórek w wysokiej rozdzielczości podczas całego procesu starzenia.
Pączkujące drożdże są ważnym organizmem modelowym do badań nad starzeniemsię 1. Do niedawna badanie starzenia replikacyjnego w komórkach drożdży było pracochłonnym procesem wymagającym metody preparacji, w której każdy pączek był ręcznie usuwany z komórki macierzystej2,3. Aby rozwiązać ten problem, niedawno zaprezentowaliśmy nowatorską konfigurację mikroprzepływową, która jest w stanie śledzić poszczególne komórki macierzyste przez cały okres ich życia4.
W naszym chipie mikroprzepływowym, komórki drożdży są uwięzione pod miękkimi mikropadami na bazie elastomeru (patrz Rysunek 1). Ciągły przepływ pożywki wypłukuje nowo powstałe komórki potomne i dostarcza komórkom świeżych składników odżywczych. W jednym eksperymencie można monitorować do 50 komórek macierzystych w sposób w pełni zautomatyzowany przez cały okres ich replikacji. Ze względu na doskonałe właściwości optyczne chipa mikroprzepływowego możliwe jest jednoczesne monitorowanie różnych aspektów biologii komórek drożdży (np. za pomocą białek fluorescencyjnych).
W porównaniu do klasycznej metody preparacji, konfiguracja mikroprzepływowa zapewnia znaczne korzyści. Zapewnia określone i stałe środowisko podczas całego eksperymentu starzenia. Nie wymaga drogiego specjalistycznego sprzętu i może być uruchamiany na dowolnym mikroskopie wyposażonym w automatyczne ustawianie ostrości i funkcję poklatkową, a także kontrolę temperatury do hodowli komórek. Produkcji i obsługi chipów mikroprzepływowych można się nauczyć w ciągu kilku dni. Ponadto komórki mogą być bezpośrednio ładowane z wykładniczo rosnącej hodowli, co stanowi przewagę nad inną niedawno opublikowaną metodą mikroprzepływową5, która wymaga biotynylacji komórek macierzystych. a W połączeniu z obrazowaniem w wysokiej rozdzielczości opisana tu metoda może być stosowana do pomiaru stopniowych zmian w morfologii komórek, ekspresji i lokalizacji białek podczas starzenia się drożdży w niespotykany dotąd sposób. Możliwość długoterminowego monitorowania pojedynczych komórek daje również unikalne możliwości w badaniach cyklu komórkowego drożdży.
aTa metoda została ostatnio zoptymalizowana w celu usunięcia biotynylacji z protokołu16, który został opublikowany podczas recenzowania tego manuskryptu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Produkcja i przygotowanie formy do wafli krzemowych
Mikroprzepływowe układy scalone są tworzone z formy wafla krzemowego wyprodukowanej metodą miękkiej litografii. Wafle te mogą być wielokrotnie wykorzystywane do produkcji chipów mikroprzepływowych. Wskazane jest, aby produkcja odpowiedniej płytki była wykonywana przez grupę specjalizującą się w mikrofluidyce6.
Wafel jest wykonany w dwuetapowym procesie fotolitografii przy użyciu dwóch różnych warstw negatywnego fotorezystu, SU-87. Dolna warstwa służy do generowania obszaru pułapki komórek (SU-8 2002; wysokość 3-4 μm), natomiast kanały są wykonane z górnej warstwy (SU-8 2010; wysokość 10 μm). Wyobrażenie o procesie produkcji wafli można znaleźć w pracy Huang i wsp. 8. Rysunki chipów mikroprzepływowych można uzyskać od autorów, a także porady, jak uzyskać odpowiednią płytkę.
2. Produkcja chipów mikroprzepływowych
Upewnij się, że chip PDMS nadal leży do góry nogami na stole podczas wybijania otworów. Zapobiega to przywieraniu PDMS do wnętrza kanału, co mogłoby spowodować zablokowanie kanału.
3. Przygotowanie chipa do ładowania komórki
Awaria urządzenia mikroprzepływowego może potencjalnie spowodować wyciek medium do mikroskopu. Aby tego uniknąć, zaleca się użycie metalowego uchwytu i/lub uszczelnienie boków chipa w miejscu, w którym PDMS styka się ze szkłem, lakierem do paznokci lub klejem epoksydowym. Zapobiega to wyciekom medium w przypadku, gdy chip PDMS nie jest wystarczająco dobrze połączony ze szkłem nakrywkowym. Również połączenia przewodów mogą być zabezpieczone wokół punktów wprowadzania w podobny sposób, aby uniknąć wycieku medium. Domowy czujnik wody, który wyłącza pompę strzykawkową w przypadku wycieku, może być używany jako dodatkowy środek ostrożności. Rysunki metalowego uchwytu specjalnie zaprojektowanego dla chipa mikroprzepływowego można uzyskać od autorów.
Użycie celów immersyjnych jest preferowane niż celów zanurzenia w wodzie, ponieważ olej nie wyschnie w trakcie trwania eksperymentu.
W zależności od mikroskopu mogą wystąpić problemy z utrzymaniem ostrości podczas pierwszych godzin eksperymentu. Dlatego zaleca się pozostawienie chipa na jedną do dwóch godzin w stadium mikroskopu, aby mógł się uspokoić przed załadowaniem komórek i rozpoczęciem eksperymentu.
4. Ładowanie komórek drożdży do chipa mikroprzepływowego
Preferowana liczba komórek do ładowania wynosi od 1 do 5 x 106 komórek na ml. Kultury o większej liczbie komórek muszą zostać rozcieńczone przed załadowaniem. Podczas hodowli komórek na YPD, wydajność ładowania komórek może być wielokrotnie poprawiona, jeśli komórki zostaną najpierw umyte i ponownie zawieszone w minimalnej pożywce zawierającej podobny procent glukozy przed załadowaniem. Podczas pracy chipa podłoże YPD może być ponownie bezpiecznie używane.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W niniejszym protokole komórki są wprowadzane do chipa mikroprzepływowego bezpośrednio z kultury w fazie średnio-eksponencjalnej. Aby ustalić, czy rozkład wieku komórek uwięzionych w chipie mikroprzepływowym jest podobny do rozkładu w kulturze przed załadunkiem, komórki zabarwiono aglutyniną pszeniczną sprzężoną z FITC (WGA-FITC) w celu wizualizacji blizn po pączkowaniu. Jak pokazano na Rysunku 3, uwięzienie komórek pod mikropodkładkami chipa mikroprzepływowego nie jest faworyzowane dla komórek w określo...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisana tutaj metoda mikroprzepływowa jest ważnym, nowatorskim narzędziem w badaniach nad starzeniem się, ponieważ umożliwia proste i zautomatyzowane generowanie danych dotyczących żywotności replikacji drożdży w połączeniu z ciągłym obrazowaniem w wysokiej rozdzielczości. Atrybuty te stanowią znaczne ulepszenie w stosunku do możliwości eksperymentalnych klasycznej metody preparacji, jednak istnieje kilka ograniczeń tej metody, które należy wziąć pod uwagę.
Należy zauważyć, że na wyznaczoną dł...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.
Chcielibyśmy podziękować Laurze Schippers za napisanie pierwszych wersji protokołu ładowania komórek oraz Marcusowi de Goffau i Guille Zamparowi za ocenę morfologii mitochondriów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| ODCZYNNIKI | |||
| DC Sylgard 184 elastomer | Mavom bv | 1060040 | Ten pakiet zawiera bazę PDMS i utwardzacz PDMS. |
| Szklane szalki Petriego 120/20 mm | VWR International | 391-2850 | |
| Szkła nakrywkowe 22x40 mm | CBN Labsuppliers BV | 190002240 | |
| Tough-Tags | Sigma-Aldrich | Z359106 | |
| Folia aluminiowa | |||
| Plastikowy kubek | |||
| Pipeta serologiczna 5 ml | VWR International | 612-1245 | |
| Taśma klejąca | VWR International | 819-1460 | |
| Pasta Baysilone (silikony GE Bayer) | Sigma-Aldrich | 85403-1EA | |
| Rurka z mikrootworem PTFE, 0,012"ID x 0,030"OD | Cole Parmer | EW-06417-11 | Określana jako cienka rurka |
| Tygon Microbore, 0,030"ID x 0,090"OD | Cole Parmer | EW-06418-03 | Określany jako grube rurki |
| Skalpel | VWR International | 233-5334 | |
| Strzykawki Luer-Lok 50 ml | Strzykawki BD | 300137 | |
| 5 ml, końcówka Luer | VWR International | 613-1599 | |
| Pęseta | VWR International | 232-2132 | |
| Końcówki Luer o rozmiarze 20 | Instech Solomon | LS20 | |
| Filtry strzykawkowe (wielkość porów 0,20 μ m) | Sigma-Aldrich | 16534K | |
| Zatyczka cewnika ze stali nierdzewnej, 20 ga x12 mm | Instech Solomon | SP20/12 | |
| Szalki Petriego | VWR International | 391-0892 | |
| Stacjonarny środek do czyszczenia ozonu UV | NOVA Scan | PSD-UVT | |
| Pompa Harvard 11 Elitarny | aparat Harvard | 70-4505 | |
| SU-8 silikonowa forma wzorcowa (wafel) | Własnej roboty; W celu uzyskania szczegółowych informacji skontaktuj się z autorem korespondencyjnym | ||
| Balance | Sartorius corporation | ED4202S | |
| Pompa próżniowa | KNF Neuberger | N022 AN.18 | |
| Eksykator | VWR International | 467-2115 | |
| Płyta grzejna | VWR International | 460-3267 | |
| Opcjonalnie: Metalowy uchwyt na szkło nakrywkowe (22x40 mm) | Wykonane samodzielnie; W celu uzyskania szczegółowych informacji skontaktuj się z autorem korespondencyjnym | ||
| (fluorescencja) Mikroskop z obiektywem 60x, autofokusem, możliwością nagrywania poklatkowego i najlepiej zautomatyzowanym (zmotoryzowanym sterowaniem XY) stolikiem | Nikon | Eclipse Ti-E |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.