Komórki w tkankach miękkich znajdują się w mikrośrodowisku, którego sztywność mieści się w zakresie kilopaskalów1, w przeciwieństwie do naczyń z kultur tkankowych, których sztywność jest o kilka rzędów wielkości większa. Wczesne eksperymenty z komórkami na miękkich podłożach pokrytych białkiem macierzy zewnątrzkomórkowej wykazały, że sztywność podłoża wpływa na to, jak komórki poruszają się, a także przylegają do macierzy zewnątrzkomórkowej poniżej2,3. W rzeczywistości sztywność podłoża zasadniczo wpływa na funkcję komórki4 w sposób podobny do wszechobecnych sygnałów biochemicznych. Żele poliakrylamidowe (pokryte białkami macierzy zewnątrzkomórkowej) to (przenikające wodę) hydrożele, które są szeroko stosowane jako substraty do hodowli komórkowych w badaniach mechanobiologicznych5. Polidimetylosiloksan (PDMS), najpowszechniejszy silikon (polisiloksan), jest szeroko stosowany jako sztywny silikon o sztywności megapaskalowej do produkcji w skali mikronów6. Ostatnio miękkie podłoża silikonowe o sztywności w bardziej fizjologicznie istotnym zakresie kilopaskali zostały wykorzystane jako substraty do hodowli komórkowych w badaniach mechanobiologicznych7,8.
Do pomiaru sztywności elastycznych podłoży użyto kilku metod, w tym mikroskopii sił atomowych, makroskopowej deformacji całych próbek podczas rozciągania, reologii i wgłębień za pomocą kulek i sferycznie zakończonych mikroindentorów9. Chociaż każda technika ma swoje zalety i wady, wgłębienie za pomocą kuli jest szczególnie prostą, ale dość dokładną metodą, która wymaga jedynie dostępu do szerokokątnego mikroskopu fluorescencyjnego. Wgłębienie za pomocą metalowej kuli zostało użyte do zmierzenia sztywności hydrożeli we wcześniejszych pracach3,9,10. Wczesne prace, które wykazały znaczenie sztywności substratu dla ruchu komórki, wykorzystały tę metodę do określenia sztywności podłoża hydrożelowego3. Ostatnio mikroskopia konfokalna została również wykorzystana do eleganckiej charakteryzacji10.
Tutaj prezentujemy krok po kroku protokół przygotowania miękkiego podłoża silikonowego, sprzężenia fluorescencyjnych koralików (i białka macierzy zewnątrzkomórkowej, takiego jak kolagen I) tylko z górną powierzchnią, obrazowania kuli z wcięciem i górnej powierzchni za pomocą odpowiednio obrazowania fazowego i fluorescencyjnego, a na koniec analizujemy obrazy w celu obliczenia modułu Younga podłoża silikonowego. Tak przygotowane miękkie podłoże silikonowe może być z łatwością wykorzystane do eksperymentów z mikroskopią siły pociągowej. Zastosowanie sztywnego silikonu (zamiast szalki Petriego) jako bazy dla miękkiego silikonu umożliwia również badania mechanobiologiczne z wykorzystaniem zewnętrznego rozciągania. Tam, gdzie jest to uzasadnione, wskazuje się również względy praktyczne niezbędne do uniknięcia ewentualnych powikłań.