Методическая статья

На месте Выявление и количественная оценка одноклеточного наночастиц оксидов металлов, с использованием ядерных рентгенофлуоресцентного анализа

DOI:

10.3791/55041

⸱

3 февраля 2018 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Centre d'Etudes Nucléaires Bordeaux Gradignan (CENBG), Université de Bordeaux, 2Centre d'Etudes Nucléaires Bordeaux Gradignan (CENBG), CNRS, 3Institut de Chimie de la Matière Condens é e de Bordeaux (ICMCB), CNRS, 4Institut de Chimie de la Matière Condens é e de Bordeaux (ICMCB), Université de Bordeaux

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

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

Мы описываем процедуры для обнаружения химических элементов настоящего в situ в клетки человека, а также их количественная оценка в пробирке . Этот метод хорошо подходит для любого типа клеток и особенно полезен для количественного химического анализа в одиночных клетках в vitro воздействия наночастиц оксидов металлов.

Аннотация

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

Микро аналитические методы, основанные на химический элемент визуализации возможность локализации и количественная оценка химического состава на клеточном уровне. Они предлагают новые возможности для характеристики живых систем и особенно подходят для обнаружения, локализации и количественной оценки присутствия наночастиц оксидов металлов в биологических образцов и окружающей среды. Действительно эти методы все соответствующие требованиям с точки зрения (i) (от 1 до 10 мкг/г-1 сухой массы), (ii) микрометра диапазон пространственное разрешение и (iii) многоэлементных обнаружения. Учитывая эти характеристики, Микролучевой химический элемент изображения могут мощно дополнить обычные методы визуализации такие как оптические и микроскопии флуоресцирования. Этот протокол описывает, как выполнить ядерной рентгенофлуоресцентного анализа на культивируемых клеток (U2OS) подвергается наночастиц двуокиси титана. Клетки должны расти и быть предоставлены непосредственно в держатель специально образца используется на оптический микроскоп и ядерной рентгенофлуоресцентного анализа этапов. Плунге замораживание криогенных фиксации образцов сохраняет клеточной организации и распределения химических элементов. Одновременная ядерной рентгенофлуоресцентного анализа (сканирования передачи ионная микроскопия, Резерфорд обратного рассеяния спектрометрии и частицы индуцированной рентгеновское излучение) на образце предоставляет сведения о сотовых плотность, местного распределения химические элементы, а также клеточного содержания наночастиц. Существует растущая потребность в таких аналитических инструментов в биологии, особенно в контексте возникающих нанотоксикология и наномедицины, для которого необходимо углубить наше понимание взаимодействия между наночастицами и биологических образцов. В частности как ядерная рентгенофлуоресцентного анализа не требует наночастиц для наноситься, обилия наночастиц измеримы вплоть до уровня отдельных клеток в популяции клеток, независимо от состояния их поверхности.

Введение

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

Клеточного гомеостаза определяется управления поглощения, ассимиляции и внутриклеточной локализации различных микроэлементов (ионы, металлы, экзогенных неорганических соединений). Эти компоненты являются часто в виде следов, но тем не менее может оказать значительное влияние в физиологии системы. Таким образом исследование клеток биохимии в нормальных и патологических/подчеркнул ситуациях является ключ шаг к достижению общего понимания механизмов клеточного метаболизма. Таким образом развитие изображений и аналитических методов, позволяя расследование внутриклеточных Распространённость химических, структурной организации и их соответствующих метаболических функций становится необходимым. Очень немногие методы способны обеспечить в situ количественных кусок информации, касающейся общей химической природы данного образца. Помимо методов анализа образцов в балк-форме, в situ анализа рассмотреть биологических образцов в их целостность без потери массы и структурной информации, тем самым сохраняя их химических компонентов (ионов и микроэлементы) и белки. Кроме того поскольку нанонауки продолжают развиваться, улучшение изображений и аналитических методов для мониторинга окружающей среды на клеточном уровне необходимо будет наблюдать и количественной оценке нано объект поведения и взаимодействия. 1

Наночастицы (NPs) были определены как объекты выставке по крайней мере одного лица измерения в диапазоне 1 и 100 Нм. 2 из-за их конкретных физико-химических свойств, NPs широко используются в промышленности. ЯИЭ используются в био приложений и наномедицины. 3 , 4 несмотря на многочисленные физико-химические характеристики NPs, они могут создавать некоторые риски неблагоприятных последствий для здоровья человека и окружающей среды. Эти риски можно индуцировать путем длительного и повторяющиеся воздействия на различных уровнях концентрации, и это еще не была четко установлена. 5 , 6 , 7 , 8 в частности, судьба NPs внутри клетки и связанные клеточных реакций являются, на сегодняшний день, описал не полностью. Это отчасти из-за нехватки методов, которые позволяют выявлять и количественной оценки внутренней сети в одну ячейку. 9

Классических аналитических инструментов, используемых для оценки клеточного дозы наночастиц, microscopies, масс-спектрометрия (МС), индуктивно сочетании плазмы мс (ИСП-МС)10,11 и жидкостной хроматографии, MS (LC-MS), но они только обеспечивают Полезная информация на макроскопическом уровне. Ни один из них может предоставить точную оценку субцеллюлярные NPs содержание ни NPs распределения без использования методов фракционирования. Систематическая оценка доза ответ таким образом невозможно с помощью этих методов, в отличие от методов, основанных на атомной спектроскопии таких ядерных рентгенофлуоресцентного анализа12,13, Синхротрон рентгеновской микроскопии флуоресцирования14 и масс-спектрометрия вторичных ионов (SIMS). 15 , 16 эти методы особенно интересны, поскольку они дополняют замечания, сделанные с помощью микроскопии флуоресцирования, особенно когда NPs не могут быть помечены с помощью флуоресцентных молекул и таким образом изучены в их родном государстве. В некоторой степени даже когда NPs привитый с флуорофоров, (i) количественная оценка остается сложной потому, что пометки уровне за NP неизвестна и (ii) химическая модификация поверхности NP может изменить его сотовой распределения.

В этой статье мы ориентируемся на метод, основанный на сочетании методов ядерной микрозондирования, направленный на imaging морфологию и химический состав биологических образцов мажор, минор и проследить концентрации.

Ядерные рентгенофлуоресцентного анализа окажется особенно подходит для измерения химических микроэлементов в биологических тканях. Луч латеральное разрешение (0,3 до 1 мкм) и чувствительность обнаружения химического элемента (от 1 до 10 мкг/г-1 сухой массы) хорошо подходят для исследования на клеточном уровне. Методы ядерной рентгенофлуоресцентного основаны на частицы обнаружения (фотоны, электроны, ионы), выбрасываемых после ионного пучка (обычно работает на энергий МэВ) взаимодействует с атомами в образце. Взаимодействия, происходящие в клетках, в основном: 1) возбуждения/ионизации атомов, следуют излучение фотонов после того, как атомы вернуться к их фундаментальных состояние; и 2) распространение поступающих частиц приводит к изменению их энергия и направление. Измерение выбрасываемых частиц энергии allowsthe идентификации атомов, участвующие во взаимодействии. Чтобы выполнить сопоставление элементов, Ион Микролучевой неоднократно сканируется над поверхностью образца, часто на площади около 100 100 мкм2 , содержащий несколько ячеек. Обнаруживаются испускаемых частиц и их энергия записывается для каждого луча. Сортировка частиц согласно позиции луча, таким образом определение структуры, отвечающей за выброс таких частиц является цель обработки данных. Здесь мы точно описать подход, основанный на микроскопии флуоресцирования и ядерной рентгенофлуоресцентного анализа для обнаружения, а также для количественного определения внешних NPs на клеточном и субклеточном уровнях, с целью изучения последствий NP взаимодействий с живой систем. Мы особенно должны сосредоточиться на возможности, предоставляемые этот метод с точки зрения количественной оценки в situ агрегатов наночастиц (TiO2 NPs) двуокиси титана на субклеточном уровне.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

1. держатель пробоподготовки

  1. Держатель образца и подготовка
    1. Производство держатель образца путем бурения угольником 5 x 5 мм в PEEK рамку толщиной 1 мм.
    2. Чистота, полоскание с этанол 70% (v/v) и держать в стерильных пластин до готовой к использованию.
      Примечание. Держатель образца для культуры клеток и клеток обработки не требуется. Она должна быть разработана для культивирования, в пробирке наблюдения с оптической микроскопии и ядерной рентгенофлуоресцентного анализа и визуализации ячейки. Этот держатель изготовлен из PEEK кадр13.
  2. Подготовка держатель образца
    1. Приготовляют раствор Formvar, растворяя 1 мг порошка Formvar в 100 мл хлороформа.
    2. Растянуть поликарбоната фольги на металлической раме, таким образом, что в нем не раз.
    3. Используете стерильные подсказка для распространения Formvar раствора вокруг отверстие держателя образца.
    4. Положите деликатно держателя образца с клеем на натянутой поликарбоната фольги (5 x 5 мм площадь).
    5. Повторение предыдущей последовательности подготовить один держатель образца для каждого репликации.
      Примечание. Поликарбонат (ПК) фильм биосовместимых, достаточно толстые и устойчивы к различные протоколы и аналитические трудности.
      Осторожно- хлороформ является токсичным. Избегать вдыхания, при приеме внутрь или контакта с кожей. Всегда используйте должным образом функционирующей Химический вытяжной шкаф и соответствующие фильтры.
  3. Стерилизация держателя образца
    1. Место держатель установлен образец в коническую колбу с 50 мл, этанол 70% (v/v) под агитации на 180 об/мин и + 37 ° C на ночь, с помощью инкубатора/мешалкой.
    2. Промойте держатель в стерильной дистиллированной воде в несколько раз.
    3. Сушат их в стерильных условиях и подвергать их ультрафиолетового света (бактерицидные лампы от биобезопасности скамейке, класс II) за 30 минут на каждой стороне.
    4. Сохранить образцы в стерильных 12-ну пластины (один образец держателя за хорошо) до готовой к использованию.
      Примечание: Несколько держатели образца может храниться при комнатной температуре в стерильных и сухой плиты 12-ну опечатаны с парафина на несколько дней.

2. рост клеток в держателя соответствующего образца.

Осторожностью: Протокол должен осуществляться в лавочке ламинарного потока по биобезопасности (класс II), чтобы исключить загрязняющих микро организмов. Обработайте антибиотиков (например пенициллин, стрептомицин) с перчатками. Уважать наилучшей практики при обращении с биологическими материалами (клеточных линий, генетически полученных клетки человека).

Критической: клеток линии, используемые должны быть проверены для обеспечения, что они не заражены микоплазмы.

  1. Transfect U2OS клеточной линии с плазмида с учетом матрица roGFP 17,18,19 с помощью трансфекции метода в соответствии с протоколом, установленным производителем.
  2. Для подтверждения трансфекции с плазмида переноски биосенсора для предотвращения потери плазмида, выбрать и сохранить transfected клеток на соответствующий носитель культуры.
  3. Визуализация transfected клеток при микроскопии флуоресцирования обеспечить произошла transfection и подтвердить выражение флуоресценции и отображение митохондриальной сети ретикулярные и трубчатых19.
    Приостановка точка: Клетки могут быть заморожены в жидком азоте на протяжении нескольких лет.
  4. Используйте transfected клеток населения путем культивирования клеток в соответствующей среде для того чтобы получить югу вырожденная клеточных популяций. Рост клеток при 37 ° C, 5% (v/v) CO2 в атмосфере насыщенного водой.
  5. Семя клеток в концентрации, такие, как они находятся на 80% слияния в день фиксации. Как правило могут использоваться концентрацию 500 клеток / мкл. Урожай клеток с использованием 400 мкл трипсина-ЭДТА 0,25% (v/v) и держать на 3 мин при температуре 37 ° C. Прекращение действия трипсина с 1 мл питательной среды. Пелле клетки центрифугированием на 5 мин на 230 x g и + 4 ° C, затем удалить супернатант и добавьте желаемый объем свежей питательной среды.
    Примечание. Протокол применяется для всех клеточных типов и количество клеток посеян зависит от размера ячейки и ячейки, время удвоения.
    Осторожностью: Избегайте, подвергая трипсина, антибиотики и сыворотки циклов повторных замораживания оттаивания. Держите их стерильными. Разделите Стоковый раствор на аликвоты и заморозить их на −20 ° C. Храните аликвоты до истечения срока. Тщательно промойте Пелле ячейки для того, чтобы полностью удалить трипсина. Следы остаточной трипсина задержки и снижение эффективности покрытия.
  6. Подсчитать количество ячеек и разрежения с свежей полной питательной среды, держал при 37 ° C для получения суспензии клеток с 500 клеток / мкл.
    Примечание: Концентрация суспензию клеток должен быть адаптированы в зависимости от типа клеток, чтобы пластина 40 мкл падение.
  7. Пластина 40 мкл падение на центр поликарбоната фольги. Осторожно поместите образец для 2 ч при 37 ° C, 5% (v/v) CO2 в атмосфере насыщенного водой.
    Критические: После того, как образец помещается в инкубаторе, максимально ограничивайте любое механическое движение в пользу быстро клеток вложений. В зависимости от типа ячейки это может быть необходимым для инкубации клеток длиннее 2 ч для оптимальной эффективности, сплетши. Проверьте что инкубатор атмосфера хорошо насыщенных для предотвращения испарения капель.
  8. Проверьте, что клетки являются хорошо прилагаемый на фольге поликарбоната с помощью оптического микроскопа. Аккуратно добавить 2 мл свежего полного среднего и держать за 24 ч.

3. наночастицы подготовка и экспозиции

Примечание: Флуоресцентные краски модифицированные TiO2 NPs были разработаны, синтезируется и химически модифицированных тетраметилсвинца родамин Изотиоцианаты (TRITC). 20 , 21 этой модификации поверхности позволяет наночастиц обнаружения, отслеживания и локализации в situ и в cellulo клетках как живых, так и фиксированной или многоклеточных организмов. 12 , 13 , 18

Осторожностью: Наноматериалы и наночастиц должны рассматриваться с осторожностью. Избегать вдыхания, при приеме внутрь или контакта с кожей. Для предотвращения распространения в воздухе, наночастицы поддерживаются в растворе (ультрачистая вода).

  1. Подготовьте подвеска 1 mg.mL−1 TiO2 ЯИЭ в ультрачистая вода. Разогнать TiO2 NPs с помощью интенсивной 1-мин sonication импульсов на RT (750 Вт, 20 кГц, амплитуда: 30%) с использованием ультра-звуковой генератор и выделенный конические рентгенофлуоресцентного.
  2. Разбавьте TiO2 NPs на желаемой концентрации в среде культуры для того, чтобы получить воздействия приостановления 4 µg.cm– 2 (конечная концентрация). Замените соответствующий объем среднего содержащие NPs на клетки средних и смешайте нежно за равномерное распределение TiO2 NPs. Подготовка клетки управления аналогично без добавления TiO2 NPs.
  3. Инкубируйте клеточных популяций для 24 ч при 37 ° C, 5% (v/v) CO2 и насыщенных водой атмосферу.

4. параформальдегида фиксации и флуоресцентной микроскопии.

  1. Готовить свежий раствор параформальдегида раствора (ПФА, 4% w/v) буфера в буфер солевой фосфат (PBS, рН 7,4).
    1. Растворите 4 g порошка ПФА в 100 мл ФСБ. Нагрейте раствор до 65 ° C во время перемешивания, с помощью магнита и магнитной мешалкой в зонта. Увеличение pH, добавив 1 M NaOH одна капля в то время, пока решение очищается. Cool решение до комнатной температуры и скорректировать рН 7,4. Сразу использовать свежеприготовленный раствор или хранить при температуре + 4 ° C и защищать от света.
      Примечание: Можно использовать готовые решения PFA, однако импровизированный подготовка PFA гарантирует лучшее качество фиксации и долгосрочное сохранение фиксированных выборок.
      Осторожностью: PFA токсичен; избегать вдыхания, при приеме внутрь или контакта с кожей. Всегда используйте должным образом функционирующей Химический вытяжной шкаф и соответствующие фильтры.
  2. Однажды, инкубации время прошло, удалить среды культуры клетки, содержащие TiO2 NPs. Промойте клеточных популяций с свежей питательной среды и один раз с PBS (2 мл). Удаление PBS, быстро промойте Алиготе свежей и холодной PFA (4% w/v, + 4 ° C).
    1. Добавьте PFA (2 мл, 4% w/v, + 4 ° C). Инкубируйте 15 мин при комнатной температуре.
    2. Удаление PFA, промойте клетки с PBS (2 мл 3 раза, 5 мин) под агитации.
      Приостановка точка: Эти химически фиксированной образцов может использоваться для «Плунге замораживание» процедура после флуоресценции изображений (перейдите к шагу 5) или используются только для флуоресценции изображений (перейдите к шагу 4.3).
  3. Пятно ядро с Hoechst33342 инкубации клеток для 10 мин в PBS. Hoescht33342 используется в конечной концентрации 500 Нм. После инкубации выньте решение и промойте с PBS.
    Осторожностью: Hoechst33342 клеток permeant и могут быть токсичными. Избегайте прямого контакта и использовать перчатки при подготовке и использовании Hoechst33342.
    Критической: убедитесь, что Hoechst33342 окрашивание раствора свежезаваренным подготовлен и в стерильных условиях.
  4. Процесс фиксированной образцы для in situ и одноклеточного изображений с помощью флуоресцентной микроскопии (рис. 1).

5. «погружение замораживание» фиксации и обезвоживания

  1. Подготовьте алюминиевой пластины передачи, охлаждения в жидком азоте. Магазин пластину в коробку с жидким азотом и поддерживать поверхности плиты выше жидкости в пар холодного азота.
    Примечание: Пластина передачи могут быть изготовлены из любого металлические плита (здесь, мы использовали алюминий) которые могут охлаждается до температуры жидкого азота, и что можно ввести замораживание сушка образца камеры.
    Критические: Поле должно быть закрыты максимально для предотвращения осаждения паров воды на поверхность холодной пластины. Образца хранится на тарелке во время подготовки не должны быть охвачены жидкого азота.
  2. Промойте клетки один раз в среде культуры и затем дважды, кратко, в стерильных и сверхчистого воды, чтобы получить избавиться от следов оставшихся внеклеточного солей.
    Критические: Убедитесь, что средства массовой информации свежезаваренным подготовлен и в стерильных условиях. Тепло все СМИ при 37 ° C перед использованием. Полоскание должно быть кратким (несколько секунд), и избыток жидкости на образцах удалены как можно быстрее.
  3. Плунге замораживание клеток на-150 ° C в жидкий азот охлажденный 2-methylbutane течение 30 s и место их на алюминий передачи пластины. Хранить образцы здесь во время подготовки всех других образцов. Когда образцы всех cryofixed, передавать все в-один раз путем размещения пластины передачи в замораживания сушилка.
    Критические: Общий процесс cryofixation не должна длиться более чем 20 мин для того, чтобы предотвратить структурные изменения появляются в образцах, временно храниться в окне передачи.
  4. Freeze-Dry образцы, с помощью следующей последовательности: 1) выполняет основной сушки для 12-24 ч (-99 ° C, 10-3 мбар) при низком давлении и низкой температуре, затем 2) выполняет этап вторичного сушки для по крайней мере 24 часа, повышение температуры пластина для + 40 ° C при сохранении низкого давления (+ 40 ° C, 10-3 мбар).
    Осторожностью: Жидкий азот очень холодно и может повредить тяжелых обморожений или глаз после контакта. Использовать адаптированные скамейке Топ контейнеры для транспортировки и носить оборудование безопасности (криогенные перчатки, защита глаз и лица).
    Осторожностью: 2-Methylbutane чрезвычайно легковоспламеняющийся. Вредного загрязнения воздуха можно довольно быстро добраться на испарение этого вещества при температуре + 20 ° C. Избегать вдыхания, при приеме внутрь или контакта с кожей. Используйте дыхание и защиты глаз и защитные перчатки. Всегда используйте должным образом функционирующей Химический вытяжной шкаф. Может храниться при температуре + 4 ° C.
    Критические: Используйте соответствующие термометр (-150 ° C) для мониторинга температуры 2-Methylbutane во время сессии «Плунге замораживание». 2-methylbutane должны храниться в прохладном в жидкой фазе. Передача образцов cryofixed окружающей атмосферы может вызвать клеточных повреждений из-за повышения температуры или паров воды, конденсата на поверхности образца. Соответственно, перевод должен быть произведен так же быстро, как это реально возможно (30 s)
    Приостановка точка: После cryofixation образцы можно хранить при комнатной температуре в течение нескольких дней в стерильных и сухих условиях (защищены от проникновения пыли и влаги). Тщательно обрабатывать образцов с тонкой щипцами и поместите их в стерильных пластины 12-хорошо запечатанный с парафина. Осушитель может использоваться для сухой атмосфере.

6. Ядерная рентгенофлуоресцентного анализа

Примечание: Ядерная рентгенофлуоресцентного анализа была проведена на линии Микролучевой AIFIRA (приложения Interdisciplinaires des Faisceaux d'Ions en округов Аквитания) с помощью дополнительных Ион луч аналитических методов частиц индуцированной рентгеновское излучение (µ- PIXE) и сканирование передачи ионная микроскопия (µ-STIM). Фонд основан на ускорителе частиц 3,5 МВ, обеспечивая легкий ионных пучков в диапазоне энергий МэВ. 22 , 23

Приостановка точка: AIFIRA представляет собой Ион луч организовано Университет Бордо, который предлагает доступ к национальной и международной команды после научной оценки предлагаемого эксперимента.

  1. Закрепите держатели образца PEEK на перфорированной пластиной с помощью двухсторонней ленты.
  2. Место пластину поддержки образца в вертикальной плоскости, перпендикулярно направлению луча.
  3. Закрыть камеру анализ и вакуумной камере анализа.
  4. Сканирование передачи ионная микроскопия (µ-STIM)
    Примечание: STIM используется для записи карты ареальная плотность клеток после преобразования потери энергии в клеточной массы, воспользовавшись тем, что потеря энергии пропорциональна плотности записи образца (выраженный в µg.cm-2).
    1. Используйте 2 МэВ Микролучевой гелия (он+) как зонд с размером в фокальной плоскости около 300 Нм в диаметре и низкой беглости (2000 ions.s-1). Мера энергии передаваемой ионов с планарной кремниевый детектор (детектор ПИПСОВ, 25 мм2, 11 кэВ энергетическое разрешение @ 5.4 МэВ), размещенных за образец в оси пучка.
  5. Частица индуцированной рентгеновское излучение (µ-PIXE) и Резерфорд обратного спектрометрии (µ-RBS).
    Примечание: анализ µ-Pixe и µ-RBS обеспечивают пространственного распределения и количественная оценка химических элементов с разрешением суб микрометра.
    1. Использование 1.5 МэВ Протон (H+) Микролучевой (50-150 Па), сосредоточены вплоть до диаметра 1 мкм и сканирования же клетки интереса, заметили STIM от 4 до 8 часов и около 100 x 100 мкм2.
    2. Собирайте индуцированных рентгеновских фотонов, излучаемый атомами в образце (тяжелее, чем Na) с высоким разрешением Si(Li) полупроводниковый детектор (145 eV энергии резолюция, @Mn-Kα) расположены под углом 45 ° от входящей оси пучка. Используйте обнаруженных Фотонная энергия для определения природы излучателей (например, Z элемента) и интенсивности рентгеновского для определения концентрации элемента.
    3. Одновременно собирать обратно рассеянном протонов на-135 ° с кремниевый детектор (частично обедненного детектор, 25 мм2, 11 кэВ FWHM @ 5.4 МэВ) для измерения общее количество входящих частиц и нормализовать интенсивности рентгеновского.
      Критические: Совокупность сертифицированных калибровки стандартов для квантификации атомной концентрации используется для калибровки детектора рентгеновского. Справочные материалы представляют собой набор пленок атомной, хранение на 6,3 мкм толщиной лавсановые пленки. Излучаемый рентгеновского энергии колеблется от 0,6 (Li, линия K) до 20,2 кэВ (Rh, линия K).

7. анализ данных

  1. Реконструировать химических Элементаль карты, используя плагин IBA-J для ImageJ. 24
    Примечание: Программное обеспечение в виде плагина для ImageJ был разработан для обработки сырья ядерных рентгенофлуоресцентного анализа данных. Необработанные данные соответствуют список событий, связанных с лучевой взаимодействия с клетками, которые записываются вместе с луч позиции в хронологической последовательности.
    1. Использовать плагин IBA-J для сортировки событий в зависимости от их типа: передается энергией ионов (СТИМ), рассеяния энергии ионов (RBS) или энергии фотона рентгеновские (PIXE). Затем обрабатывать отдельно каждого типа данных.
    2. Вычислить плотность карта СТИМ
    3. Рассчитать средний рентгеновских фотонов энергетические спектры и определить для каждого химического элемента энергии окна для получения элемент пространственного распределения.
    4. Определить регионы интереса (ROI) (например отдельные клетки, плотная структура, агрегаты, и т.д.) и рассчитать соответствующие рентгеновских спектров.
  2. Анализ соответствующих спектров СДРес для того чтобы рассчитать общее количество инцидентов частиц25.
  3. Установите рентгеновские спектры с использованием программного обеспечения Gupix26 с целью определения концентрации элемента для каждого ROI.
    Примечание: Типичный предел обнаружения (LOD) для метода находится в диапазоне 1-10 мкг/г-1 в сухой массы в зависимости от Атомный номер элементов (LOD уменьшается с Z).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

Культура клеток и флуоресценции изображений дневно обозначенные Тио 2 NPs

Мы разработали держатель образца, адаптированные для культуры клеток, клеток обработки, а также смешанных анализ. В частности важно, что держатель допускается обычной оптической микроскопии также ядерной рентгенофлуоресцентного анализа и обработки изображений. Этот держатель образца на основе фо...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Мы описываем метод предоставления полезной информации за пределы возможно с другими методы визуализации, особенно на субклеточном уровне. В дополнение к способность изображений ядерных рентгенофлуоресцентного анализа также предлагает возможности количественной оценки химических элементов ввода в состав биологических образцов. В настоящей работе мы изучили человека клеточных популяций и сосредоточено до анализа выбранного региона интерес, на основе одной ячейки подвержены TiO2 NPs. Его сочетание с другими метод...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

Авторы не имеют ничего сообщать.

Благодарности

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

Мы благодарим ограниченный Serge за руководство и редактирования видео. Французский национальный исследовательское агентство поддерживает программу исследований TITANIUMS (НРУ КЕС 2010, n ° CESA 009 01). CNRS и Европейское сообщество как интеграция деятельности представила «поддержка из общественных и промышленных исследований с использованием Ион луч технологии (дух)» под EC контракт n ° 227012. Эта работа была поддержана Мари Кюри действия - начальной подготовки сети (ОИС) как «интеграции деятельности поддержку последипломного исследований с стажировки в промышленности и подготовки передового опыта» (СПРАЙТ, D1.3) по контракту № 317169 ЕС. C'NANO Grand Sud Ouest и региона Аквитания поддерживают программы исследований TOX-NANO (n ° 20111201003) и программа исследований POPRA (n ° 14006636-034).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Cell culture
U2OSATCC, LGC STANDARDSATCC HTB-96
Medium MCCOY 5A без L-глутаминаDominique DUTSCHERL0211-500
FBS 500 млDominique DUTSCHER500105U
Пенициллин/стрептомицин ThermoFisher Scientific11548876
  L-глютамин 200 мМ, 100 млInvitrogen25030024
Geneticin,  20 млThermoFisher Scientific10092772
Trypsin-EDTA 0,25% (v/v)  500 млThermoFisher Scientific11570626
Viromer RedLipocalyxVR-01LB-01
Matrix-roGFP PlasmidAddGene#49437
Hoechst 33342ThermoFisher ScientificH3570Обращаться с осторожностью
NPs preparation
TiO2 P25 AEROXIDEDegussa/Evonik
Tetramethylrhodamine isothiocyanate (TRITC)SIGMA-ALDRICHT3163Поверхностная модификация NPs
Подготовка образцов
Поликарбонатная фольгаГудфеллоуCT301020
полиэфиркетоновой подложкой (PEEK)MatechplastA-239-4047
Этанол, ACS абсолютSIGMA-ALDRICH02860-6x1L
Хлорформ, безводный, 99%SIGMA-ALDRICH372978-1L Осторожно: токсический
Формвар 100 гАгар научныйAGR1201вреден. Использование в концентрации 10 & микро; г на мл хлороформа
NaOHSIGMA-ALDRICHS5881-500G
<стронг>Фиксация образца
порошок, 95% параформальдегидSIGMA-ALDRICH158127-500GОсторожно, токсичен. Использование в качестве 4% раствора в PBS
PBS (pH 7,4, без Ca2+ и Mg2+)ThermoFisher Scientific11503387
Prolong Gold Antifade ReagentThermoFisher ScientificP36934
Triton X-100SIGMA-ALDRICH93443Вредный
<сильный>Криофиксация образца
Жидкий азотвоздушными жидкостями santeвредный
метилбутан >=99%SIGMA-ALDRICH  M32631-1LОсторожно токсичная
алюминиевая передаточная пластинаСамодельная
Дистиллированная и деионизированная водаДомашняяПроизведено в лаборатории с использованием системы Barnstead Smart2Pure
ПарапленкаVWR52858-000
Equipment
Barnstead Smart2PureThermoFisher Научный50129870
Стенд биобезопасности, класс IIThermoFisher ScientificMSC-Advantage
TC20 автоматизированный счетчик ячеекBiorad145-0102SP
Счетные слайды 2 лункиBiorad1450016
детектор PIPS, 25 мм2, энергетическое разрешение 12 кэВ @5.5 МэВCanberra PD25-12-100AM
Твердотельный детектор Si (Li) высокого разрешения, энергетическое разрешение 145-эВ, @Mn-K&альфа;Детектор
 Orsay Physics1-SED
Стандарт калибровки XRF Натрий или хлор как NaClМикроматерия34381
Калибровочный стандарт XRF Магний как MgF2Микроматерия34382
Калибровочный стандарт XRF Алюминий как Al-металлМикроматерия34383
Калибровочный стандарт XRF Кремний как SiOМикроматерия34384
Стандарт калибровки XRF сера какмикроматерия34385
Калибровочный стандарт XRF кальций как микроматерия CaF234387
Калибровочный стандарт XRF титан как металлический титан микровещество34388
Калибровочный стандарт XRF железо как металлическийFe микроматерия34389
Соник 750 ВтЗвуковые материалы11743619
3MM микрозондBioblock scientific220-05
Лиофилизатор в вакуумеElexienceEK3147
Оптический микроскоп Zeiss AxioObserver Z1Carl Zeiss MicroImaging, GmbH431006-9901
Моторизованный столик xyCarl Zeiss MicroImaging, GmbH432031-9902
EC Plan-Neofluar 20X, NA 0.50 Ph2 M27 объективCarl Zeiss MicroImaging, GmbH420351-9910
Plan-Apochromat 63X, NA 1,40 Ph3M27 объективCarl Zeiss MicroImaging, GmbH420781-9910
Zeiss фильтр 02Carl Zeiss MicroImaging, GmbH488002-9901
Zeiss фильтр 38HECarl Zeiss MicroImaging, GmbH489038-9901
Zeiss 31Carl Zeiss MicroImaging, GmbH000000-1031-350
Химический вытяжной шкафErlabCaptair SD321
Ускоритель частицHVEEsingletron
Software
ImageJ программное обеспечениеНациональные институты здравоохранения, СШАImageJ 1.51
Программное обеспечение SimNRAMax-Planck-Institut fü r Plasmaphysik, ГерманияSIMNRA 6.06
Gupix software УниверситетГвельфаКанада GUPIXWIN 2.2.4
вторичных электронов (СЭД) типа Эверхарта-Торнли от Oxford Instruments CuSx ,

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Krug, H. F., Wick, P. Nanotoxicology: An Interdisciplinary Challenge. Angew. Chem. Int. Ed. 50 (6), 1260-1278 (2011).
  2. Van Hove, M. A. From surface science to nanotechnology. Catalysis Today. 113 (3-4), 133-140 (2006).
  3. Le Trequesser, Q., Seznec, H., Delville, M. H. Functionalized nanomaterials: their use as contrast agents in bioimaging: mono- and multimodal approaches. Nanotox. Rev. 2 (2), 125-169 (2013).
  4. Oberdorster, G. Safety assessment for nanotechnology and nanomedicine: concepts of nanotoxicology. J. Int. Med. , 89-105 (2009).
  5. Savolainen, K., et al. Nanotechnologies, engineered nanomaterials and occupational health and safety - A review. Saf. Sci. 48 (8), 957-963 (2010).
  6. Savolainen, K., Alenius, H., Norppa, H., Pylkkanen, L., Tuomi, T., Kasper, G. Risk assessment of engineered nanomaterials and nanotechnologies - A review. Toxicol. 269 (2-3), 92-104 (2010).
  7. Arora, S., Rajwade, J. M., Paknikar, K. M. Nanotoxicology and in vitro studies: The need of the hour. Toxicol. . Appl. Pharm. 258 (2), 151-165 (2012).
  8. Donaldson, K. Resolving the nanoparticles paradox. Future Med. 1 (2), 229-234 (2006).
  9. Schaumann, G. E., et al. Understanding the fate and biological effects of Ag- and TiO2-nanoparticles in the environment: The quest for advanced analytics and interdisciplinary concepts. Sci Total Environ. 535, 3-19 (2014).
  10. Olesik, J. W. Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometers. Treatise on Geochemistry. , Elsevier Ltd. (2014).
  11. Krystek, P. A review on approaches to bio-distribution studies about gold and silver engineered nanoparticles by inductively coupled plasma mass spectrometry. Microchem. J. 105 (November 2011), 39-43 (2012).
  12. Le Trequesser, Q., et al. Multimodal correlative microscopy for in situ detection and quantification of chemical elements in biological specimens. Applications to nanotoxicology. J .Chem. Biol. 8 (4), 159-167 (2015).
  13. Le Trequesser, Q., et al. Single cell in situ detection and quantification of metal oxide nanoparticles using multimodal correlative microscopy. Anal. Chem. 86 (15), 7311-7319 (2014).
  14. Ackermann, C. M., Lee, S., Chang, C. J. Analytical Methods for Imaging Metals in Biology: From Transition Metal Metabolism to Transition Metal Signaling. Anal. Chem. 89 (1), 22-41 (2017).
  15. Legin, A. A., et al. NanoSIMS combined with fluorescence microscopy as a tool for subcellular imaging of isotopically labeled platinum-based anticancer drugs. Chem. Sci. 5, 3135(2014).
  16. Lanni, E. J., Rubakhin, S. S., Sweedler, J. V. Mass spectrometry imaging and profiling of single cells. J. Proteomics. 75 (16), 5036-5051 (2012).
  17. Waypa, G. B., et al. Hypoxia triggers subcellular compartmental redox signaling in vascular smooth muscle cells. Circ. Res. 106 (3), 526-535 (2010).
  18. Dooley, C. T., et al. Imaging Dynamic Redox Changes in Mammalian Cells with Green Fluorescent Protein Indicators. J. Biol. Chem. 279 (21), 22284-22293 (2004).
  19. Hanson, G. T., et al. Investigating Mitochondrial Redox Potential with Redox-sensitive Green Fluorescent Protein Indicators. J. Biol. Chem. 279 (13), 13044-13053 (2004).
  20. Chen, X., Mao, S. S. Titanium dioxide nanomaterials: Synthesis, properties, modifications and applications. Chem. Rev. 107 (7), 2891-2959 (2007).
  21. Simon, M., Barberet, P., Delville, M. H., Moretto, P., Seznec, H. Titanium dioxide nanoparticles induced intracellular calcium homeostasis modi fi cation in primary human keratinocytes. Towards an in vitro explanation of titanium dioxide nanoparticles toxicity. Nanotox. 5 (June), 125-139 (2011).
  22. Sorieul, S., et al. An ion beam facility for multidisciplinary research. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res., B. 332, 68-73 (2014).
  23. Barberet, P., et al. First results obtained using the CENBG nanobeam line: Performances and applications. Nucl Instr Meth Phys Res B. 269 (20), 2163-2167 (2011).
  24. Devès, G., et al. An ImageJ plugin for ion beam imaging and data processing at AIFIRA facility. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 348, 62-67 (2015).
  25. Mayer, M. SIMNRA User's Guide, Report IPP 9/113. , Max-Planck-Institut für Plasmaphysik. Garching, Germany. (1997).
  26. Campbell, J. L., Boyd, N. I., Grassi, N., Bonnick, P., Maxwell, J. A. The Guelph PIXE software package IV. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 268 (20), 3356-3363 (2010).
  27. Yu, K., Chang, S., Park, S. J., Lim, J., Lee, J. Titanium Dioxide Nanoparticles Induce Endoplasmic Reticulum Stress-Mediated Autophagic Cell Death via Mitochondria- Associated Endoplasmic Reticulum Membrane Disruption in Normal Lung Cells. PLoS ONE. , 1-17 (2015).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи