Este protocolo descreve um método para a permeabilização temporária de células aderentes utilizando um jacto de gás inerte. Esta técnica facilita a transferência de material genético e biomoléculas em células de mamíferos aderentes por meio da utilização das forças mecânicas para romper a membrana de plasma.
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Artigo de método
Permeabilização de células aderidas Usando um gás inerte Jet
Neste artigo
Resumo
Resumo
Existem várias técnicas de transfecção celular e estes podem ser divididos em três categorias principais: virais, químicas e mecânicas. Este protocolo descreve um método mecânico para temporalmente permeabilizar as células aderentes utilizando um jacto de gás inerte, que pode facilitar a transferência de normalmente macromoléculas não permeáveis nas células. Acreditamos que esta técnica funciona por transmissão de forças de cisalhamento sobre a membrana plasmática de células aderentes, resultando na formação temporária de microporos. Uma vez que esses poros são criadas, as células são, então, permeável ao material genético e outras biomoléculas. As forças mecânicas envolvidas não correr o risco de danificar as células permanentemente ou desencaixar do seu substrato. Existe, portanto, uma estreita faixa de dinâmica de gás inerte, onde a técnica é eficaz. Um jato de gás inerte mostrou-se eficaz na permeabilização várias linhas celulares aderentes incluindo HeLa, HEK293 e células endoteliais da aorta abdominal humanos. Este protocolo é apropriado para a permeabilization de células aderentes, quer in vitro e, como aqui demonstrado, in vivo, mostrando que pode ser utilizado para a pesquisa e, potencialmente, em aplicações clínicas futuras. Tem também a vantagem de permeabilização de células de uma forma espacialmente restritiva, que poderia revelar-se uma ferramenta de pesquisa valiosa.
Introdução
Com a evolução da biomedicina e da compreensão da mecânica de células, a entrega de biomoléculas em células tornou-se vital para muitos campos de pesquisa e terapias médicas. Diferentes técnicas têm sido desenvolvidas para introduzir moléculas estranhas através da membrana do plasma e para dentro do citoplasma celular. Estes podem ser geralmente classificadas como: técnicas virais, químicos ou mecânicos. Técnicas virais podem transfectar material genético tais como ARN e ADN utilizando vectores virais 1. Técnicas virais tendem a ter alta eficiência em certas linhagens de células, no entanto, eles têm o potencial para reações imunes e inflamatórias 2. Métodos de transfecção químicos comuns incluem precipitação com fosfato de cálcio de 3, 4 e exotoxinas bacterianas lipofecção 5. Estas técnicas têm provado ser eficaz, no entanto, certos problemas surgem, tais como toxicidade da célula e não especificidade. Além disso, as técnicas tais como o cálcio phosphate precipitação foram encontrados a ter eficiências de transfecção superior a 70%, mas apenas em certas linhas celulares, raramente em células primárias 6. Isto é digno de nota que cada vez mais esforços de pesquisa são colocados em pilhas, em especial no caso da concepção de vários tratamentos para uso clínico e o estudo do ADN funcionamento.
Temporal rompimento da membrana celular através de estímulos mecânico é uma alternativa para a introdução de moléculas estranhas nas células. As técnicas incluem: microinjecção de moléculas 7, electroporação usando um campo eléctrico para romper a membrana de 8,9, sonoporação usando ondas de ultra-sons para romper a membrana de células 10-12, bombardeamento de partículas, como revelado no "pistola de genes", que dispara partículas ligadas com genes na célula 13, e, mais recentemente, a aplicação de tensão de corte do fluido que tem sido demonstrado que temporalmente permeabilizar as células de mamíferos 14,15. Embora mecânicométodos al evitar alguns dos problemas acima mencionados, eles são normalmente acompanhadas por eficiências menores e configurações muito complexas e especializadas. Uma tocha de descarga luminescente pressão atmosférica (APGD-t) foi desenvolvido na McGill, com o objetivo inicial de funcionalização de superfícies e retirar células aderentes in vitro 16. Por acaso, descobriu-se que uma mancha vivo / morto sendo usado foi de algum modo a ser levado por células sem um agente de permeabilização ser adicionado. Além disso, esta parecia ter ocorrido apenas em áreas restritas dos poços, que aconteceram a corresponder-se com o caminho da tocha. A investigação sobre as capacidades de permeabilização da APGD-t contínua e em estudos de controlo, verificou-se que o jacto de gás veicular inerte do plasma sem excitação, também foi capaz de permeabilizar as células. Isto contradiz a hipótese inicial de que as espécies reativas criadas pelo jato de plasma prejudicada temporariamente a função da membrana e sugeriu que simplesmente os mecânicosforças cal foram suficientes para causar a permeabilização celular. A partir daqui, os estudos continuaram em nosso laboratório para tentar quantificar e caracterizar a eficiência de permeabilização de um jato de gás inerte, bem como olhar para as suas capacidades de transfecção 16.
Através destes estudos, verificou-se que os microporos façam efectivamente na membrana do plasma, e estas tendem a selar os poros dentro de aproximadamente 5 seg 15. Demonstrámos a utilidade do cultivo in vitro e in vivo na membrana corioalantóica de um embrião de pinto.
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Protocolo
1. Desenvolvimento do Programa LabView
- Um controlador de fluxo de massa (MKS M100B Massa-Flo Controller) está ligado à linha de gás de hélio para assegurar uma taxa de fluxo de gás precisa. Este aparelho é controlado por uma tensão de entrada, que varia entre 0 e 5 V. Um circuito de controle no programa LabView determina a tensão necessária num dado momento. A interface entre o computador eo controlador de fluxo de massa é realizada por um dispositivo de aquisição de dados (NI USB-6009), e uma fonte de alimentação de 12 V fornece energia para o controlador de fluxo de massa.
- Duas corrediças posicionamento lineares são utilizados para controlar o movimento da placa de 6 cavidades, uma para cada sentido. Cada conjunto é constituído por uma série MA15-Velmex montagem UniSlide acoplado com um motor passo a passo, e os dois conjuntos são controlados por um único Velmex VXM Intensificação do controlador do motor. O controlador permite movimentar-se o manual de cada motor ou aceita uma seqüência de comandos seriais externos, a combinação de que permitir o movimento específico patterns. Vários padrões podem ser programados para o programa LabView, exigindo que o usuário forneça apenas a velocidade da tocha desejada, bem como as dimensões de caminho.
2. Preparação do Equipamento
- Abra tanto o cilindro de hélio e regulador.
- Ligue o controlador do motor.
- Abra o programa LabView e verificar todas as condições.
- Certifique-se de que a plataforma está centrado. Para verificar, olhar para cada fase do motor e verificar que cada carro não está perto de uma das extremidades palco. Ou que o centro do programa de carruagens ou ajustar manualmente usando os controles de corrida na parte da frente do controlador de motor.
- Se esta é a primeira corrida do dia, recomenda-se executar o programa de uma vez, sem células, para garantir a configuração está funcionando corretamente.
3. Preparação do Gás Jet Capilar Bico Altura
- Retire o capilar do suporte e zerar o mostrador altura.
- Coloque o 6 bem-placa on da plataforma.
- Substituir e reduzir o capilar jato de gás para o fundo do poço até atingir o lamínula. Prenda o capilar no suporte.
- Utilização do selector de altura, elevar o capilar 3 mm. Marque esta altura na base capilar.
- Elevar o capilar a uma altura segura e, em seguida, retire a placa de 6 poços.
4. Celular Permeabilização Protocolo
- Cultura linha de células aderentes até à confluência na tampa de vidro desliza numa placa de 6 poços, utilizando técnicas de cultura Standard. Para as células HeLa, de sementes de placas de 6 poços, com 2 x 10 5 células por poço e incubar durante 48 horas antes do tratamento.
- Prepare o volume apropriado de solução contendo o vector desejado. Para hrGFPII-1, uma concentração de 50 ng / mL em 1x PBS fornece um forte sinal de fluorescência em células HeLa de 24 horas após a transfecção. Para os estudos de dextrano, é recomendado de 80 ug / ml de 10 kDa dextrano fluorescente verde. A partir de agora, esta solução vai ser encaminhado para um"solução vetor" s.
- Remova a mídia de cultura de células de bem e lavar três vezes com PBS 1x.
- Pipetar 1,370 ml de solução vetor preparados no passo 4.2 em bem. Isto deve resultar em uma profundidade de líquido de aproximadamente 1,3 mm.
- Coloque o recipiente contendo a solução de vector no centro da plataforma. Abaixe o bico de jato de gás para o nível previamente marcado indicando uma altura do bocal de 3 mm acima do slide.
- Ajustar a taxa de fluxo de hélio no programa Labview e seleccionar o padrão de movimento desejado para ser utilizado. Selecione "Executar" quando estiver pronto para iniciar o protocolo de permeabilização. Haverá um período de atraso inicial durante o qual o controlador de fluxo de massa se prepara para proporcionar a taxa de fluxo necessária. Uma vez que a taxa de fluxo apropriada tiver sido atingido, o programa LabView irá activar os motores passo a passo para mover a bem no padrão desejado permeabilização. Uma vez que a plataforma parar, esperar cerca de 30 segundos e retire a solução vetor.Nota: a permeabilização óptima ocorre perto de uma pressão dinâmica de 100 a 200 Pa, a saída do bocal, de acordo com o diâmetro do capilar.
- Lavar bem três vezes com PBS 1x.
- Encha bem com meio de cultura fresco.
- Repita os passos de 4,3-4,6 para o número desejado de experimentos. Nota: Certifique-se de incluir amostras de controle que consistem em poços que estão sendo preenchidos com a solução de vetor sem o jato de gás que está sendo executado sobre eles. Deixar a solução em poços de controlo durante cerca de 1 min, em seguida, continuar com os passos 4.5 e 4.6.
- Se realizando uma experiência de transfecção hrGFP, retornar de 6 cavidades da placa para incubadora durante 24 horas para permitir que o material transfectadas ser transcrita pelas células. Se a execução de um experimento permeabilização dextrano, volte 6 bem-placa para incubadora por 15 min.
5. Imagens de células
- Se desejar, imediatamente antes de imagem, contrastante com mancha vivo / morto apropriado para avaliar a morte celular.
- Células de imagem com appropmicroscópio riate para investigar a eficácia de transfecção / permeabilização.
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Resultados
Permeabilização de células HeLa com 10 kDa dextrano fluorescente verde usando um jacto de gás hélio com um capilar de diâmetro interno 0,86 milímetros é mostrado na Figura 1. As células foram contrastadas imediatamente após a permeabilização com 2 ul / ml EthD-1 solução (Live / Dead viabilidade / citotoxicidade Kit) para visualizar a morte celular. Imediatamente após contracoloração, lamínulas foram montadas e fotografadas. Esta figura mostra resultados da execução do jato de gás hélio em três diferente...
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Discussão
Inerte permeabilização jato de gás é uma técnica útil para a transfecção de células aderentes. Ele oferece a capacidade de transferir biomoléculas para as células com a utilização de forças mecânicas, o que elimina a necessidade de produtos químicos potencialmente nocivos ou vectores virais. A técnica poderia dar aos pesquisadores e clínicos de forma eficiente e relativamente simples de transfecção com precisão células. A seletividade da permeabilização também é único permitindo que os pesquisadores apenas para tratar c...
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Divulgações
Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.
Agradecimentos
Os autores gostariam de agradecer às seguintes fontes de financiamento: Canadian Institutes of Health Research (CIHR), as ciências naturais e do Conselho de Pesquisa de Engenharia (NSERC).
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Vitality hrGFPII-1 | Agilent Technologies Canada | 240143-57 | Proteína fluorescente verde para experimentos de transfecção em células HeLa |
| Dextran, AlexaFluor 488; 10.000 MW, aniônico, Fixable | Life Technologies Inc. | D22910 | dextrano para experimentos de permeabilização |
| Kit de Viabilidade/Citotoxicidade VIVO/MORTO | Life Technologies Inc. | L3224 | para contracoloração de células de mamíferos |
| Prolong Gold Antifade Reagent | Invitrogen | P36930 | para montagem de lâminas ao obter imagens |
| hélio de pureza ultra-alta | Praxair Canada Inc. | HE 5.0UH-T | |
| Hyclone DMEM/ High Glucose Media - 500 ml | Thermo Scientific | SH30022.01 | para células HeLa |
| Fetal Soro Bovino | Invitrogen | 26140079 | Para mídia DMEM |
| Penicilina-Estreptomicina, líquido | Invitrogen | 15140-122 | Para mídia DMEM |
| Solução salina tamponada com fosfato (PBS) 1x | Produzido em laboratório | ||
| Tabela 1. Lista de reagentes necessários | |||
| Microplacas tratadas com TC transparente de 6 poços | Corning | 3506 | |
| #1 22 x 22 Lamínulas | Fisher | 12-542B | |
| Glass Capillaries | World Precision Instruments | WPI Sizing | |
| Information ID (mm): 1, 0.86, 0.68, 0.5 Pedido #: 1B200, 1B150, 1B120, 1B100 | |||
| Controlador Mass-Flo | MKS | M100B01314CS1BV | Controlador de fluxo de massa, Série M100B, requer uma fonte de alimentação externa de 12 V |
| USB-6009 Dispositivo DAQ | National Instruments | 779026-01 | |
| Conjunto UniSlide com motor de passo e controlador | Velmex | Duas séries MA15 UniSlide Assemblies, equipadas com motores de passo Vexta 1.8° fornecidos pela Velmex, e controladas por um Controlador de Motor de Passo VXM | |
| Tabela 2. Lista de equipamentos necessários |
Referências
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Reimpressões e permissões
