Методическая статья

Локализация и относительное количественное определение углеродных нанотрубок в клетках с помощью проточной цитометрии с мультиспектральной визуализацией

DOI:

10.3791/50566

12 декабря 2013 г.

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В этом исследовании основной целью было наблюдение за поглощением клетками и возможным экзоцитозом углеродных нанотрубок (УНТ). С этой точки зрения мы предложили уникальный метод с использованием проточной цитометрии с мультиспектральной визуализацией, позволяющий количественно оценить и локализовать УНТ в статистически значимом числе клеток.

Аннотация

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Углеродные наноматериалы, такие как углеродные нанотрубки (УНТ), относятся к этому типу наночастиц, которые очень трудно отличить от богатых углеродом клеточных структур, и де-факто до сих пор нет количественного метода для оценки их распределения на клеточном и тканевом уровнях. Здесь мы предлагаем инновационный метод, позволяющий обнаруживать и количественно определять УНТ в клетках с помощью проточного цитометра с мультиспектральной визуализацией (ImageStream, Amnis). Это недавно разработанное устройство объединяет в себе как высокую пропускную способность клеток, так и визуализацию с высоким разрешением, обеспечивая таким образом изображения для каждой клетки непосредственно в потоке и, следовательно, статистически значимый анализ изображений. Изображение каждой клетки получают по светлопольным (BF), темнопольным (DF) и флуоресцентным каналам, что дает доступ соответственно к уровню и распределению поглощения света, рассеянного света и флуоресценции для каждой клетки. Затем анализ состоит в попиксельном сравнении каждого изображения из 7000-10000 клеток, полученных для каждого условия эксперимента. Локализация и количественное определение УНТ стали возможными благодаря некоторым особым свойствам, присущим УНТ: сильному поглощению и рассеянию света; действительно, УНТ проявляются как сильно поглощенные темные пятна на ДФ и яркие пятна на ДФ с точной колокализацией.

Эта методология может оказать значительное влияние на исследования взаимодействий между наноматериалами и клетками, учитывая, что этот протокол применим для большого количества наноматериалов, поскольку они способны поглощать (и/или рассеивать) достаточно сильный свет.

Введение

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

За последние десятилетия место наночастиц приобрело важное значение в широком спектре применений. В частности, углеродные нанотрубки (УНТ) все больше и больше исследуются в качестве наноинструментов для различных диагностических и терапевтических применений; Благодаря своим особым электрическим, термическим и спектроскопическим свойствам, УНТ могут выступать в качестве средств доставки различных лекарств или контрастных веществ, а также могут быть задействованы в тканевой инженерии.

Тем не менее, опасения по поводу потенциальной токсичности таких наноматериалов все еще обсуждаются, в основном потому, что судьба УНТ в организме остается очень спорной. Действительно, отсутствуют подходящие методы для их обнаружения и количественной оценки в живых клетках и тканях: например, были предложены такие методы, как рамановская спектроскопия, фотоакустическая и фотолюминесцентная визуализация в ближнем инфракрасном диапазоне, но каждый метод имеет ограничения в зависимости от типа нанотрубок и/или их окружения2-8.

Здесь предложенный метод может быть применим для обнаружения и количественного определения наночастиц в клетках. Это стало возможным благодаря использованию ImageStream — устройства, сочетающего в себе проточную цитометрию и визуализацию с высоким разрешением. Он сочетает в себе преимущества получения большого количества клеток (до 5000 событий/сек) и преимущества статистических данных и изображений с высоким разрешением каждой клетки одновременно (пространственное разрешение 0,5 мкм). Как правило, изображения собираются с помощью ПЗС-камеры и представляют собой двухмерное изображение ячейки в шкале серого. Свет количественно определяется для каждого пикселя на изображении и идентифицирует как интенсивность, так и расположение флуоресценции или компонентов с субклеточным размером (например, в BF), что позволяет различать клетки на основе их внешнего вида9,10.

Цель заключалась в том, чтобы разработать нанометрологический метод, который позволил бы количественно оценить распределение и поведение УНТ в клетках. В частности, этот метод был разработан для изучения клеточного поглощения, процессинга и экзоцитоза УНТ клетками. Мы доказали, во-первых, сложный клеточный транспорт УНТ и, во-вторых, перенос этих наноматериалов между клетками: интернализованные клетками УНТ покидают клетки-хозяева при стрессе, распространяются за пределы внеклеточного пространства и реинтернализуются наивными клетками, будь они гомотипическими или гетеротипическими

.

.

Предыдущее исследование показало, что различные механизмы поглощения клеток, активные или пассивные, могут возникать в зависимости от функционализации и состояния агрегации УНТ12. Здесь многостенные УНТ были функционализированы с помощью 1,3-дипольного циклоприсоединения и амидирования, а затем дериватизированы с помощью флуоресцентного зонда, флуоресцентного в изотиоцианате (FITC). При просвечивающей электронной микроскопии они, по-видимому, интернализуются клетками либо по отдельности с цитозольной локализацией, либо в виде пучков, в основном обнаруживаемых в эндосомальных и лизосомальных компартментах11. На ImageStream кластеризованные УНТ отображаются с высокой корреляцией в виде темных пятен на BF и светлых пятен на DF, что позволяет провести четкое различие между метками с меткой CNT и контрольными клетками. С другой стороны, распределение флуоресцентного сигнала, испускаемого флуоресцентным маркером, функционализированным с помощью УНТ, не было столь хорошо колокализовано: действительно, вероятно, из-за явления гашения, зеленые флуоресцентные пятна не обязательно совпадают с пятнами на BF и DF. Это указывает на то, что, во-первых, флуоресцентный зонд не является обязательным для обнаружения УНТ с помощью ImageStream, а во-вторых - тем более - что он не является полностью репрезентативным как для количественной оценки, так и для локализации УНТ.

Помимо статистической относительной количественной оценки наночастиц, этот метод также предоставляет информацию о локализации УНТ в клетках, что означает, что он различает, например, УНТ внутри клетки от тех, которые связаны с плазматической мембраной. Возможность локализации УНТ на изображениях клеток явно преодолевает ограничения традиционного анализа проточной цитометрии13. Процедура была разработана здесь путем создания масок, подходящих под определенные участки клетки, а также выбора темных пятен, соответствующих нагруженным УНТ.

Вообще говоря, этот метод может быть применен для большого диапазона экспериментов, требующих визуализации или количественной оценки в клетках, при условии, что используемые наночастицы способны сильно поглощать (и/или рассеивать) свет.

Протокол

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Получение водных диспергируемых углеродных нанотрубок (УНТ)

  1. Диспергируйте первые УНТ в воде для клеточных культур, а затем обрабатывайте их ультразвуком в течение 20 мин в ультразвуковом аппарате для ванны при температуре 20 °C. Если УНТ функционализируются флуоресцентным зондом, максимально защищайте их от света на протяжении всего эксперимента.

2. Маркировка ячеек с помощью УНТ

  1. Выращивайте эндотелиальные клетки пупочной вены человека (HUVEC) (например) на пластинах площадью 25 см² в среде DMEM, содержащей 10% эмбриональной бычьей сыворотки и 1% пенициллина стрептомицина.
  2. Готовят растворы УНТ в концентрациях 0, 10, 20 и 50 мкг/мл в полной среде и инкубируют клетки при 37 °С в течение 20 ч или при 4 °С в течение 20 ч (2 мл суспензии УНТ на планшет площадью 25 см²).

3. Фиксация клеток

  1. После этого удалите инкубационную среду; промойте клетки PBS, трипсинизируйте и ресуспендируйте клетки в полной среде DMEM. Центрифуга в течение 5 минут при 1 200 об/мин.
  2. Замените среду сначала параформальдегидом 4% на 1 час при 4 °C, затем PBS для их сохранения. При необходимости клетки могут храниться на этом этапе процесса при температуре 4 °C в течение нескольких дней до проведения цитометрического анализа.
  3. Каждый образец должен содержать около 106 клеток, сконцентрированных в 50 мкл PBS. Правильно подвешивайте их, чтобы избежать скопления агрегатов во время анализа, и фильтруйте их через сетчатый морилку толщиной 50 мкм.
    Примечание: Каждый шаг должен быть выполнен очень аккуратно, чтобы сохранить клетки.

4. Получение ImageStream

Используйте многоспектральный проточный цитометр ImageStream для получения изображений клеток.
Некоторые моменты должны быть соблюдены:

  1. Выберите адаптированное увеличение (здесь используется объектив 40X).
  2. Если используются флуорохромы:
    - Подготовить контрольный образец без флюорохрома.
    - Подготовка клеток с одноцветным положительным контролем для каждого флуорохрома, используемого в
    Дополнение к вашим образцам.
  3. Используйте лазер 488 нм для возбуждения FITC и канал 02 для сбора флуоресцентного излучения (полоса пропускания 480-560 нм). Кроме того, используйте также каналы 01 и 06 для светлого поля (BF) и темного поля (DF) соответственно.

5. Постобработка - программное обеспечение для анализа IDEAS (версия 4.0)

  1. Среди всех полученных событий анализ должен быть сначала ограничен популяцией отдельных ячеек: используйте бипараметрическую точечную диаграмму, представляющую «соотношение сторон» (т.е. ширину/высоту) в зависимости от «площади ячейки» (параметры, применяемые к ячейкам на BF) (рис. 1). Одиночные клетки, включенные в интересующую область со стандартной площадью и соотношением сторон, близким к 1, затем различаются по многоклеточным событиям (большая площадь и малая сторона соотношения) и мусору (чрезвычайно малая площадь).
  2. Чтобы выбрать ячейки в сфокусированной плоскости, используйте бипараметрическую точечную диаграмму, адаптированную для высококонтрастных ячеек, помеченных CNT: постройте график «контраста» в зависимости от «среднеквадратичного градиента» (который измеряет качество резкости изображения) на изображении BF - это позволяет исключить несфокусированные ячейки, показывающие как низкий среднеквадратичный градиент, так и низкий контраст в их изображениях BF (рис. 1).
    1. Определите параметр, который обеспечивает наилучшее статистическое разделение между помеченными и непомеченными ячейками, с помощью функции «Найти лучший признак». В нашем исследовании признаком объекта среднего пикселя является параметр, который является наиболее подходящим (рис. 2).
    2. Проследите гистограмму с использованием этого параметра в зависимости от нормализованной частоты, чтобы сравнить количество поглощенных УНТ для исследуемых концентраций (рис. 3).
    3. Проведите трассировку бипараметрического графика «среднее значение объекта в пикселях на BF» (обозначение: Mean Pixel_Object (M01,Ch01,Tight)_Ch01) в зависимости от «интенсивности на DF» (Intensity_MC_Ch06), чтобы изучить корреляцию между этими двумя параметрами (рис. 4).
  3. Количественная оценка также оценивается с помощью масок:
    1. Поскольку УНТ выглядят как сильно поглощающие темные пятна на BF, сначала создайте пороговую маску, которая точно им подходит, выбрав ограниченный диапазон пикселей с низкой интенсивностью, составляющий от 0 до 533 в этом исследовании (Маска 1, обозначение: Intensity(M01, BF, 0-533)) (Рисунок 5). Выбор пороговой интенсивности производится на меченых клетках по сравнению с контрольными.
    2. И наоборот, создайте подгонку маски с пикселями высокой интенсивности (150-4095 в данном случае) DF (Маска 2, обозначение: Интенсивность (M06, DF, 150-4095)) (Рисунок 6).
    3. Постройте график с использованием площади маски (1 или 2; (обозначение: Area_Intensity(M01, BF, 0-533) для маски 1): это обеспечит относительную количественную оценку интернализации УНТ при различных концентрациях (рис. 7).
    4. Проверьте степень корреляции между этими двумя масками (благодаря бипараметрическому графику «площадь маски 1» в сравнении с «площадью маски 2») (рис. 7).
  4. Создайте другие маски для локализации УНТ в ячейках:
    1. Маска, прилегающая к внутренней части ячейки: Erode(M01, 7) - соответствует маске всей ячейки (M01) (рисунок 8), которая дополнительно эродируется на 7 пикселей (рисунок 9).
    2. Маска, прилегающая к мембране только с использованием булевого уравнения: M01, а не Erode(M01,7) - маска всей клетки (M01), вычитаемая из внутренней части (Erode(M01,7)) (рис. 10).
    3. Чтобы рассмотреть темные пиксели на мембране (соответствующие УНТ), затем создайте маску: Интенсивность(M01, а не Erode(M01, 7), BF, 0-533) (Рисунок 11).
    4. Визуализируйте различные маски, примененные к коллекции ячеек, чтобы проверить их релевантность (рис. 12) для помеченных и непомеченных ячеек.
    5. Нанесите характерную область на маску, выделив черные пиксели на мембране 'Area_Intensity(M01 and not Erode(M01, 7), BF, 0-533)', так называемую черную область. Это позволит количественно определять количество УНТ на мембране.

      Чтобы наконец отличить УНТ, которые были интернализованы, от тех, которые адсорбированы только на мембране, построите график между черной областью на мембране и черной областью на всей клетке (т.е. «Area_ интенсивность (M01, а не Erode(M01, 7), BF, 0-533» против «интенсивности Area_ (M01, BF, 0-533)»).

      заметка: Тот же тип процедуры применяется и с флуоресцентным сигналом FITC: сравните увеличение интенсивности флуоресценции FITC с уменьшением среднего пиксельного сигнала на BF или колокализацией между темными пятнами на BF и интенсивностью флуоресценции FITC. В нашем случае этот тип анализа не актуален, поскольку сигнал флуоресценции неправильно согласуется с темными пятнами на ДЧ, с одной стороны, и с ярким полем на ДЧ, с другой стороны, показывая, что внутренние свойства УНТ (поглощение и рассеяние света) более адекватны, чем сигнал, связанный с флуоресцентным зондом.
  5. После того, как все графики будут созданы по одному экспериментальному условию, создайте "шаблон статистического отчета", сохраните шаблон в виде файла .ast и упакуйте все файлы данных.

Результаты

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Обзор принципа работы устройства ImageStream представлен на рисунке 1. Он создает несколько изображений с высоким разрешением каждой ячейки в потоке, включая светлое поле (BF), темное поле (DF или боковой рассеянный свет) и флуоресцентный канал (каналы), как показано на рисунке 2 с тремя различными ячейками, помеченными УНТ. Также показаны наложения этих каналов, на первый взгляд иллюстрирующие корреляцию.

Учитывая, что весь анализ постобработки основан на визуализации клеток, выбор сфокусированных клеток имеет решающее значение для исследования (Рисунок 3). На самом деле, присутствие УНТ вызывает изменения как в контрасте, так и в градиенте по сравнению с немечеными клетками: сфокусированные клетки, усвоившие значительное количество УНТ, как правило, имеют низкий среднеквадратичный градиент (который обычно является уникальным параметром, используемым для различения сфокусированных и несфокусированных клеток), но также и важный контраст, объясняющий, почему бипараметрический график важен. На рисунке 3 показано различие между несфокусированными (желтая область) и сфокусированными клетками (синяя область).

Интернализованные в клетках УНТ четко различимы - особенно на BF, проявляющихся в виде сильно поглощающих темных пятен (см. эффект различной концентрации маркировки, Рисунок 4). Кроме того, был проанализирован средний сигнал пикселей на BF, что дало относительную количественную оценку поглощения: графики на рисунке 5 показывают его значительное увеличение с концентрацией УНТ-мечения (результаты для около 7000 клеток в одном экспериментальном состоянии).

Во-вторых, количественное определение УНТ также возможно с помощью масок, применяемых либо к ограниченному диапазону темных пикселей BF, либо к пикселю высокой интенсивности DF (см. примеры на рисунке 6), соответствующим пятнам, образовавшимся в результате присутствия УНТ. Таким образом, построение графика площади этих масок позволяет выделять и увеличивать поглощение (как показано на рисунке 7 с площадью маски на BF, выбирая пиксели в диапазоне от 0 до 533).

Кроме того, корреляцию между пятнами на BF и DF можно оценить, построив график зависимости интенсивности DF от среднего сигнала BF в пикселях (как на рисунке 8) (анализ, не зависящий от маски) или площади маски на BF (маска 1) по отношению к площади на DF (маска 2).

Что касается процедуры, созданной для локализации УНТ внутри клеток, на рисунке 9A показаны различные маски, которые были созданы. Обратите внимание, что надежность масок локализации (основанных на эрозии маски ячеек по умолчанию) должна быть проверена визуально на коллекции помеченных и непомеченных ячеек. Для всех образцов используются одни и те же маски.

Построение графика общей площади черных пятен на клеточной мембране по сравнению со всей клеткой дает оценку интернализации для клеток, которые инкубировались в течение 20 часов при 37 °C, по сравнению с 2 часами инкубации при 4 °C (см. рисунок 9B); это показывает, что УНТ в основном расположены на мембране при 4 °C, тогда как при 37 °C УНТ интернализуются более чем в 90% клеток.

Наконец, что касается флуоресценции, этот параметр не использовался в качестве индикатора для количественного определения УНТ из-за слишком низкой корреляции между флуоресцентными пятнами и пятнами на BF (и DF). Действительно, корреляция между интенсивностью FITC и средним пикселем яркого поля указывает на коэффициент корреляции Пирсона, равный -0,2. На рисунке 10 показаны два случая, в которых сигнал флуоресценции правильно или не совпадает с черным пятном яркого поля.

figure-results-1
Рисунок 1. Обзор ImageStream - общая работа. Мультиспектральная система визуализации получает до 12 изображений на ячейку в трех различных режимах: светлопольный, темное и флуоресцентное. Установка состоит из 5 возбуждающих лазеров, в том числе 405, 488, 560 и 658 нм. Свет собирается от клеток, протекающих в кювете с различными линзами объектива (в данном исследовании использовалась объективная линза 40X) и передается на элемент спектрального разложения, который представляет собой набор длинночастотных фильтров в угловой решетке. ПЗС-камера, собирающая изображения клеток, работает с использованием метода, называемого интегрированием с задержкой по времени, чтобы избежать искажения изображений. Увеличенная глубина резкости (EDF) является опцией.

figure-results-2
Рисунок 2. Галерея изображений клеток, меченных углеродными нанотрубками (50 г/мл), полученных с помощью ImageStream по различным каналам (светлое поле (BF), темное поле (DF), флуоресценция (FITC) и их наложения). УНТ, заключенные во внутриклеточных лизосомах, проявляются в виде больших черных пятен на изображениях в ярком поле. И наоборот, они создают яркие пятна на темном поле и на флуоресцентных изображениях.

figure-results-3
Рисунок 3. Выбор клеток в фокусе. Двумерная точечная диаграмма, представляющая среднеквадратичный градиент (среднеквадратичное значение) в зависимости от контраста на изображениях BF, позволяет исключить несфокусированные ячейки. Здесь желтая область представляет собой несфокусированные клетки, тогда как сфокусированные клетки представлены синим. Несфокусированные ячейки характеризуются как низкой контрастностью, так и низким градиентом, равным среднеквадратичным значениям на изображении в светлом поле. В дополнение к среднеквадратичному градиенту, функция контраста требуется для различения сфокусированных клеток после их маркировки с помощью УНТ.

figure-results-4
Рисунок 4. Дозозависимое поглощение УНТ, визуализированное с помощью ImageStream. Количество и площадь черных пятен на изображениях в светлом поле увеличиваются с дозой УНТ во время инкубации с клетками (в диапазоне от 0 до 50 мкг/мл). Обратите внимание, что контрольные клетки лишены черных пятен.

figure-results-5
Рисунок 5. Относительная количественная оценка поглощения УНТ на основе изображений яркого поля. Гистограммы признака среднего пикселя, примененные к «объекту» маски, на котором изображена вся ячейка, ясно показывают дозозависимое поведение, которое может быть использовано для количественной оценки. Диапазон R9 включает в себя УНТ-положительные клетки.

figure-results-6
Рисунок 6. Создание масок с выделением черных пятен на BF и ярких пятен на DF изображениях. Поскольку УНТ выглядят как сильно поглощающие темные пятна на изображении BF, в данном исследовании создается пороговая маска для выбора ограниченного диапазона пикселей с низкой интенсивностью, составляющей от 0 до 533 (Маска 1, обозначение: Intensity(M01, BF, 0-533)). И наоборот, для выделения яркого пятна на DF, соответствующего областям с высокой интенсивностью (в данном случае 150-4095) на DF-изображении (Mask 2, обозначение: Intensity (M06, DF, 150-4095)) используется маска, соответствующая областям с высокой интенсивностью рассеивания.

figure-results-7
Рисунок 7. Дозозависимое поглощение УНТ продемонстрировано количественной оценкой площади черного пятна на изображениях BF. Используя пороговую маску (маску 1), примененную к ДП, можно количественно определить площадь черных точек для каждой клетки, показывая дозозависимое распределение.

figure-results-8
Рисунок 8. Методы количественной оценки УНТ на основе изображений BF (поглощение) и DF (рассеяние) коррелированы. Слева, среднее значение пикселя на изображении BF в зависимости от интенсивности на изображении DF, показывает хорошую корреляцию для клеток, меченных CNT (50 мкг/мл) (коэффициент корреляции Пирсона r = -0,68). Справа область маски, прилегающей к темным пятнам на БТ, в сравнении с областью маски, прилегающей к светлым пятнам на ДФ для клеток, меченных УНТ (50 мкг/мл). Коэффициент корреляции Пирсона r = -0,83.Построены значения из 7 000 ячеек.

figure-results-9
Рисунок 9. Локализация УНТ в клетках с помощью специфических масок. (А) Маски создаются в соответствии с определенным местом клетки, а именно слева направо - вся клетка, только мембрана и внутренняя часть клетки. Другая маска подходит для черных точек благодаря пороговой интенсивности (Маска 1, обозначение: Intensity(M01, BF, 0-533))). (В) Оценка локализации УНТ может быть получена путем измерения площади черных пятен на различных локализациях клеток с использованием масок локализации, описанных в А. Инкубация с УНТ (50 мкг/мл) проводилась как при 37 °С, так и при 4 °С для ингибирования пути интернализации. График, представляющий черную область на мембране в сравнении с черной областью на всей клетке, показывает дозозависимую абсорбцию УНТ на мембране при 4 °C, в то время как полная интернализация CNT эффективна при 37 °C.

figure-results-10
Рисунок 10. Колокализация УНТ-индуцированных черных пятен на БФ с флуоресцентными яркими пятнами на FITC-изображении. Флуоресцентные яркие пятна не всегда колокализованы с черными пятнами на BF. Они правильно совпадают для первых двух отображаемых ячеек, но не для последних двух.

Обсуждение

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Модификация и устранение неполадок

В этом исследовании первой целью была оценка количества и локализации УНТ в клетках. Конфокальная микроскопия могла бы быть априори золотым методом оценки внутриклеточного распределения УНТ, функционализированных флуоресцентным маркером FITC8,14. Однако основным недостатком является ограниченность визуализации отдельных клеток и, следовательно, отсутствие статистически значимых данных. ImageStream позволяет преодолевать эти препятствия: действительно, проверяя большое количество клеток (5 000-10 000) за короткое время (< минут), он дает статистически надежные результаты, которые также усиливаются визуализацией с высоким разрешением, которая предоставляет изображения для каждой клетки с субклеточным разрешением (0,5 мкм). Это дает возможность анализировать большой объем данных на основе анализа одного изображения.

По сравнению с обычной проточной цитометрией, уникальным преимуществом ImageStream является получение мультиспектральных изображений каждой клетки и попиксельное сравнение интенсивности сигнала. Таким образом, ImageStream сочетает в себе статистическую мощность высокопроизводительной проточной цитометрии с аналитическими преимуществами конфокальной визуализации для каждой анализируемой клетки. Это имеет решающее значение для количественного определения относительного количества и локализации УНТ в клетках без меток.

2. Важнейшие шаги в рамках Протокола

Критический шаг состоит из выбора параметров, наиболее подходящих для каждого исследования. В нашем случае лучшим способом было основывать анализ на свойствах поглощения и рассеяния нанотрубок: хорошая корреляция между локализацией темных пятен на BF и светлых пятен на DF подтверждает, что разработанный метод актуален и надежен – и, возможно, был бы невозможен без визуализации клеток.

3. Ограничения методики

Необходимо подчеркнуть, что визуализация УНТ в клетках была возможна только потому, что они имеют тенденцию накапливаться в эндосомальных внутриклеточных везикулах, а затем выступать в виде сильных абсорбирующих и рассеивающих пятен. Отдельные нанотрубки не должны быть обнаружены на основе этого метода, в то время как в конечном итоге он может быть обнаружен на флуоресценции, что представляет собой явное ограничение. Во-вторых, количественное определение не является «абсолютным», а относительным для различных меченых концентраций и по сравнению с контрольными немечеными клетками. Некоторые количественные признаки (средний пиксель, интенсивность и т.д.) являются абсолютными параметрами, тогда как другие зависят от выбора масок (пороговая маска, маски локализации).

4. Значимость по отношению к существующим методам

Что касается флуоресценции, анализ ImageStream подчеркивает плохую колокализацию кластеров CNT между ярким сигналом FITC и пятнами на других каналах. Таким образом, представляется, что флуоресценция не является надежным индикатором для количественного определения и локализации УНТ. Тем не менее, преодолевая ограничения традиционной проточной цитометрии, которая в основном основана на количественном определении флуоресценции, мультиспектральный высокопроизводительный ImageStream открывает путь к статистическому количественному определению без меток , обеспечивая при этом локализацию углеродных нанотрубок внутри клеток.

5. Будущие приложения

Этот высокопроизводительный статистический метод нанометрологии может быть обобщен на любые наноматериалы, которые демонстрируют высокое поглощение и рассеяние света при взаимодействии с клетками. Таким образом, он может иметь важное применение для исследований нано-биоинтерфейса, нанотоксикологии и наномедицины.

Раскрытие информации

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Благодарности

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эта работа была поддержана ANR P2N (Nanother project 2010-NANO-008-04), регионом Иль-де-Франс (контракт No E539) и CNRS. Открытый доступ был оплачен компанией EMD Millipore.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
ImageStreamfigure-materials-1 Амнис

Ссылки

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kostarelos, K., Bianco, A., Prato, M. Promises, facts and challenges for carbon nanotubes in imaging and therapeutics. Nat. Nano. 4, 627-633 (2009).
  2. De La Zerda, A., et al. Carbon nanotubes as photoacoustic molecular imaging agents in living mice. Nat. Nano. 3, 557-562 (2008).
  3. Zavaleta, C., et al. Noninvasive Raman Spectroscopy in Living Mice for Evaluation of Tumor Targeting with Carbon Nanotubes. Nano Lett. 8, 2800-2805 (2008).
  4. Tong, L., et al. Label-free imaging of semiconducting and metallic carbon nanotubes in cells and mice using transient absorption microscopy. Nat. Nano. 7, 56-61 (2012).
  5. Welsher, K., et al. A route to brightly fluorescent carbon nanotubes for near-infrared imaging in mice. Nat. Nano. 4, 773-780 (2009).
  6. Jin, H., Heller, D. A., Sharma, R., Strano, M. S. Size dependent cellular uptake and expusion of single-wall carbon nanotubes: single particle tracking and a generic uptake model for nanoparticles. ACS Nano. 3, 149-158 (2009).
  7. Al-Jamal, K. T., et al. Cellular uptake mechanisms of functionalised multi-walled carbon nanotubes by 3D electron tomography imaging. Nanoscale. 3, 2627-2635 (2011).
  8. Reuel, N. F., Dupont, A., Thouvenin, O., Lamb, D. C., Strano, M. S. Three-Dimensional Tracking of Carbon Nanotubes within Living Cells. ACS Nano. 6, 5420-5428 (2012).
  9. Phanse, Y., Ramer-Tait, A. E., Friend, S. L., Carrillo-Conde, B., Lueth, P., Oster, C. J., et al. Analyzing Cellular Internalization of Nanoparticles and Bacteria by Multi-spectral Imaging Flow Cytometry. J. Vis. Exp. (64), e3884(2012).
  10. Qian, F., Montgomery, R. R. Quantitative Imaging of Lineage-specific Toll-like Receptor-mediated Signaling in Monocytes and Dendritic Cells from Small Samples of Human Blood. J. Vis. Exp. (62), e3741(2012).
  11. Marangon, I., et al. Intercellular Carbon Nanotube Translocation Assessed by Flow Cytometry Imaging. Nano Lett. 12, 4830-4837 (2012).
  12. Lacerda, L., et al. Translocation mechanisms of chemically functionalised carbon nanotubes across plasma membranes. Biomaterials. 33, 3334-3343 (2012).
  13. Al-Jamal, K. T., Kostarelos, K. Methods in Molecular Biology. Balasubramanian, K., Burghard, M. 625, Humana Press. 123-124 (2010).
  14. Zhou, F., et al. New Insights of Transmembranal Mechanism and Subcellular Localization of Noncovalently Modified Single-Walled Carbon Nanotubes. Nano Lett. 10, 1677-1681 (2010).

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

ImageStream

Похожие статьи