Połączenie siłownika siły magnetycznej 3D i wielofunkcyjnego obrazowania fluorescencyjnego w celu badania mechanobiologii jądra

Miao Huang; Heyang Wang; Alfredo A. Delgado; Tyler A. Reid; Julian Long; Shu Wang; Hayley Sussman; Juan Guan; Hitomi Yamaguchi; Xin Tang

doi:10.3791/64098

Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Połączenie siłownika siły magnetycznej 3D i wielofunkcyjnego obrazowania fluorescencyjnego w celu badania mechanobiologii jądra

2.3K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/64098

⸱

5 lipca 2022

Miao Huang¹^,⁵ , Heyang Wang¹^,⁵ , Alfredo A. Delgado¹ , Tyler A. Reid¹ , Julian Long² , Shu Wang³^,⁵ , Hayley Sussman⁴ , Juan Guan⁵^,⁶^,⁷ , Hitomi Yamaguchi¹ , Xin Tang¹^,⁵^,⁸^,⁹

¹Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Herbert Wertheim College of Engineering, University of Florida, ²Department of Materials Science and Engineering, University of Florida, ³Department of Biostatistics, University of Florida, ⁴Department of Biomedical Engineering, College of Engineering (COE), University of Delaware (UD), ⁵UF Health Cancer Center, University of Florida, ⁶Department of Physics, College of Liberal Arts and Sciences, University of Florida, ⁷Department of Anatomy and Cell Biology, College of Medicine, University of Florida, ⁸J. Crayton Pruitt Family Department of Biomedical Engineering, University of Florida, ⁹Department of Physiology and Functional Genomics, University of Florida

W tym artykule

Podsumowanie

To badanie przedstawia nowy protokół bezpośredniego przykładania siły mechanicznej do jądra komórkowego za pomocą mikrokulek magnetycznych dostarczanych do cytoplazmy i jednoczesnego obrazowania fluorescencyjnego żywych komórek.

Streszczenie

Fundamentalnym pytaniem w mechanobiologii jest to, jak żywe komórki odbierają zewnętrzne bodźce mechaniczne w kontekście fizjologii i patologii komórki. Uważa się, że mechano-odczucie zewnątrzkomórkowe bodźców mechanicznych odbywa się za pośrednictwem receptorów błonowych, powiązanego kompleksu białkowego i cytoszkieletu. Ostatnie postępy w mechanobiologii pokazują, że jądro komórkowe w cytoplazmie samo w sobie może niezależnie odczuwać bodźce mechaniczne jednocześnie. Brakuje jednak mechanistycznego zrozumienia, w jaki sposób jądro komórkowe wyczuwa, przekształca i reaguje na bodźce mechaniczne, głównie z powodu wyzwań technicznych związanych z dostępem i ilościowym określeniem mechaniki jądra za pomocą konwencjonalnych narzędzi. W artykule opisano projekt, produkcję i wdrożenie nowego siłownika siły magnetycznej, który stosuje precyzyjne i nieinwazyjne bodźce mechaniczne 3D do bezpośredniego deformowania jądra komórkowego. Wykorzystując komórki zmodyfikowane za pomocą CRISPR/Cas9, badanie to pokazuje, że narzędzie to, w połączeniu z konfokalnym obrazowaniem fluorescencyjnym o wysokiej rozdzielczości, umożliwia ujawnienie w czasie rzeczywistym dynamiki mechano-wrażliwego białka związanego z tak (YAP) w pojedynczych komórkach w funkcji deformacji jądra. Ta prosta metoda ma potencjał, aby wypełnić obecną lukę technologiczną w społeczności mechanobiologii i dostarczyć odpowiedzi na lukę w wiedzy, która istnieje w związku między mechanotransdukcją jądra a funkcją komórki.

Wprowadzenie

To badanie ma na celu opracowanie i zastosowanie nowej techniki do wyjaśnienia mechanobiologii jądra poprzez połączenie magnetycznych siłowników, które przykładają siłę mechaniczną bezpośrednio do jądra komórkowego i konfokalnej mikroskopii fluorescencyjnej, która jednocześnie obrazuje strukturalne i funkcjonalne zmiany subkomórkowe. Komórki wyczuwają zewnątrzkomórkowe sygnały biofizyczne, w tym sztywność tkanki¹^,²^,³^,⁴, ciśnienie płynu śródmiąższowego i naprężenie ścinające5^,⁶^,<....