Этот протокол описывает изготовление полиакриламидных гидрогелей с регулируемой жесткостью для изучения влияния матричной механики на поведение стволовых клеток Лейдига в контролируемой двумерной культурной системе.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
* These authors contributed equally
Этот протокол описывает изготовление полиакриламидных гидрогелей с регулируемой жесткостью для изучения влияния матричной механики на поведение стволовых клеток Лейдига в контролируемой двумерной культурной системе.
Жёсткость внеклеточного матрикса (ECM) критически регулирует поведение стволовых клеток. Ранее мы показали, что патологическое повышение жёсткости матрикса при старении нарушает гомеостаз стволовых клеток Лейдига (SLC), что приводит к снижению уровня тестостерона. Опираясь на это открытие, мы представляем подробный протокол — изначально разработанный в нашей лаборатории — для изготовления полиакриламидных (PA) гидрогелей с регулируемой жесткостью для моделирования микросреды яичек in vitro. Этот метод позволяет воспроизводимо литье гелей в диапазоне жесткости от 1 до 100 кПа, охватывая физиологические и патологические состояния. Ключевые этапы включают точное смешивание акриламида/бис-акриламида, уравновесение набухования геля, активацию поверхности с помощью сульфо-SANPAH и покрытие коллагена для поддержки адгезии и культурирования SLC. Мы предоставляем оптимизированные формулы для жёсткости мишень и рекомендации по устранению неполадок при распространённых проблемах, таких как неполная полимеризация и плохое крепление клеток. Эта система позволяет систематически изучать, как жёсткость субстрата модулирует пролиферацию, дифференцировку и стероидогенную функцию SLC при определённых двумерных условиях. Помимо репродуктивной биологии, она также служит ценной платформой для механобиологических исследований других типов клеток и для скрининга терапевтических средств, направленных на дисфункцию, связанную с жесткостью.
Механические свойства внеклеточного матрикса (ECM) играют ключевую роль в регулировании судьбы стволовых клеток, включая пролиферацию, дифференцировку и функциональноеподдержание 1,2,3,4. В яичке возрастное усиление ЭКМ связано с снижением выработки тестостерона. Однако лежащие в основе механобиологические механизмы остаются плохо изученными, отчасти из-за отсутствия стандартизированных in vitro моделей, которые точно воспроизводят физиологический диапазон жесткости нишей яичек. Физиологическая жесткость ткани яичков молодых мышей составляет примерно 1–15 кПа, тогда как у старой или фиброзной ткани может достигать 20–30 кПа и выше.
Гидрогели полиакриламида (PA) стали универсальной платформой для изучения взаимодействия клетки и матрицы, поскольку их жёсткость можно точно настроить, изменяя отношение акриламида к бисакриламиду 5,6. По сравнению с другими субстратами, такими как стекло с коллагеном или коммерческие гидрогели, гели PA обеспечивают независимый контроль жёсткости и биохимической плотности лигандов, что позволяет систематически вскрывать механические сигналы. Хотя существует несколько протоколов для изготовления геля PA 7,8,9, они часто отсутствуют детальной оптимизации для конкретных типов клеток, особенно для редких первичных клеток, таких как SLC.
Здесь представлен надёжный и воспроизводимый протокол подготовки гидрогелей PA с определённой жесткостью (1–100 кПа), адаптированный для культивирования SLC мышей. Метод включает пошаговые инструкции по литью геля, уравновешению набуха, функционализации поверхности с помощью Sulfo-SANPAH и покрытию коллагеном для стимулирования клеточной адгезии. Следуя этому протоколу, исследователи могут создавать субстраты с регулируемой жёсткостью (от 1 до 100 кПа), имитирующие механическую среду молодых (мягких) и старых (жёстких) яичек, что позволяет количественно исследовать жёсткие реакции SLC, зависящие от жёсткости. Система также адаптируется к другим механочувствительным типам клеток и предоставляет платформу для скрининга лекарств, направленных на патологии, связанные с жесткостью.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все процедуры для животных были одобрены Институциональным комитетом по уходу и использованию животных Университета Сунь Ятсена (Одобрение No SYSU-IACUC-2026-B1278) и проводились в соответствии с институциональными рекомендациями.
1. Изоляция и культивирование первичных мышиных SLC
2. Сборка гелевого стеклянного контейнера
3. Подготовка раствора гелевого раствора PAGE
4. Добавление инициатора и катализатора, а также литье геля
5. Заливка смешанного раствора
6. Возможность полимеризации геля
7. Разборка контейнера и сбор геля
8. Нарезка и перенос геля в посевную пластину
9. Первичная промывка и ультрафиолетовое облучение
10. Активация кросслинкера Sulfo-SANPAH
11. Активация сшивателя и финальные промывки
12. Подготовка рабочего раствора для коллагена типа I крысиного хвоста
13. Покрытие и инкубация коллагена
14. Вторичное ультрафиолетовое излучение и фиксация
15. Удалить несвязанные коллагены и семенные клетки
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Успешное выполнение этого протокола даёт полиакриламидные гидрогели с определённой жесткостью (от 1 до 100 кПа), которые остаются прочно прикреплёнными к культивирующей пластине и поддерживают прочную адгезию и распространение SLC. Рисунок 1 представляет собой схематический обзор всего рабочего процесса — от гель-литья до засева ячеек, позволяя пользователям визуализировать ключевые этапы протокола.
Механическая валидация полиакри...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Механические свойства внеклеточного матрикса играют фундаментальную роль в регуляции поведения стволовых клеток, однако инструменты для систематического изучения этих эффектов в репродуктивных клетках остаются ограниченными. Наши предыдущие исследования показали, что патологическое ужесточение матрикса при старении нарушает гомеостаз стволовых клеток Лейдига (SLC) по оси Piezo1/ROS/Gli1, что приводит к снижениютестостерона 10. Опираясь на это открытие, мы разработ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Финансирование этого проекта было предоставлено Национальной программой ключевых исследований и разработок по исследованию стволовых клеток и трансляции Китая (2021YFA1100601), Национальным фондом естественных наук Китая (82371608), Гуандунским фондом фундаментальных и прикладных исследований (2023B1515020016) и Шэньчжэньской фундаментальной исследовательской программой (JCYJ20240813150417024, JCYJ20240813150422030).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Уксусная кислота | Сигма-Олдрич | Cat#A6283 | Разбавитель для коллагена хвоста крысы (0,02 м) |
| Acryiamide | Sangon Biotech | Кот#A100341-0500 | Мономер для приготовления полиакриламидного геля |
| Персульфат аммония (APS) | Sangon Biotech | Кот#A100486-0100 | Инициатор для гелевого полимеризации |
| Дополнение B27 | Инвитроген | Кот#A1486701 | Определённая добавка, обогащённая антиоксидантами и гормонами; Поддерживает выживание нейронных и стволовых клеток (2% v/v) |
| Базовый фактор роста фибробластов (bFGF) | Инвитроген | Кот#13256029 | Митогенный фактор роста; способствует пролиферации SLC и стебельности (20 нг/мл) |
| Бис-акриламид | Шанхайская биотехнология юанье | Cat#S14002 | Сшиватель для полиакриламидных гелей |
| Экстракт куриного эмбриона | US Biologicals | Cat#C3999 | Богатый источник факторов роста и питательных веществ; Поддерживает рост и жизнеспособность SLC (5% v/v) |
| Коллаген, тип I, из крысиного хвоста | YEASEN | Cat#40125ES50 | Покрывает поверхность гидрогеля полиакриламида, активируемого сульфо-SANPAH, для стимулирования адгезии и культуры SLC. |
| Коллагеназный тип IV | Gibco | Cat#17104-019 | 1 мг/мл при DMEM/F12 для пищеварения тканей яичек |
| CYP11A1 антитела | GeneTex | Кот#GTX56293 | Для западного блотинга |
| Дексаметазон | Сигма-Олдрич | Cat#D1756 | Агонист глюкокортикоидных рецепторов; поддерживает пролиферацию SLC и поддержание ствола (1 нм) |
| DMEM/F12 medium | Gibco | Кот#11320033 | Базальная среда для пищеварения, промывания и культуры SLC |
| Эпидермический фактор роста (EGF) | PeproTech | Кот#AF-100-15 | Стимулирует пролиферацию SLC и поддерживает недифференцированное состояние (20 нг/мл) |
| Сыворотка для плода быка (FBS) | VISTECH | Кот#SE100-011 | Используется при 10% для прекращения активности коллагеназы |
| Фиджи | Н/Д | https://imagej.net/Fiji | Программное обеспечение для анализа изображений |
| Антитела к GADPH | Proteintech | Cat#60004-1-Ig | Для западного блотинга |
| Ферменты гелевого пищеварения | Точная биотехнология | Кот#GXDLFA | Ферментная смесь для переваривания тканей яичек и выделения SLC |
| HEPES | Цитива | Cat#SH30237.01 | Буфер для поддержания pH 7.0– 7.4 |
| HSD3 и бета; Антитела | Санта-Крус | Cat#sc-515120 | Для западного блотинга |
| Сортировщик ячеек Инфлюкс | BD | https://www.bdbiosciences.com/content/dam/bdb/marketing-documents/BD_Influx_tech_specs.pdf | |
| Инсулин-трансферрин-натрий селенит (ITS) | Сигма-Олдрич | Кот#11074547001 | Способствует выживанию клеток, усвоению глюкозы и антиоксидантной защите (5 и мю; g/L) |
| Замена сыворотки KnockOut (KSR) | Gibco | Cat#10828-028 | Заменитель сыворотки для культурной среды SLC |
| LIF (ингибирующий фактор лейкемии) | Миллипор | Кот#LIF1010 | Цитокин, поддерживающий плюрипотентность стволовых клеток и самообновление (1 нг/мл) |
| Мышиные яички | Эта статья | Н/Д | Выделены из мышей C57BL/6 |
| Набор ELISA для мышей с тестостероном | Fine Biotech | Cat#40203ES80 | Для количественной оценки тестостерона в культурных супернатантах |
| Мышь: C57BL/6 | Shenzhen TopBiotech | Н/Д | Штам, используемый для сбора яичек |
| мыши: стволовые клетки Лейдига (SLC) и bbsp; | Эта статья | Н/Д | Первичные клетки, выделенные из мышиных яичек |
| Дополнение N2 | Инвитроген | Кот#17502001 | Определенные добавки без сыворотки, поддерживающие культуры нейронных и стволовых клеток (1% v/v) |
| Незаменительные аминокислоты | HyClone | Кот#SH30050.03 | Обеспечивает источники азота для синтеза белка и метаболизма клеток (1% v/v) |
| Онкостатин М (OSM) | PeproTech | Cat#300-10T | Цитокин, участвующий в дифференцировке SLC и созревании клеток Лейдига (20 нг/мл) |
| Фосфатно-буферный физиологический раствор (PBS) | Gibco | Кот#10010023 | Мойка и буфер подвески |
| Фактор роста, полученный из тромбоцитов (PDGF) | PeproTech | Cat#100-14B | Поддерживает размножение клеток, миграцию и выживание (20 нг/мл) |
| Prism 9.0 | GraphPad | https://www.graphpad.com/ | Программное обеспечение для статистического анализа и построения графиков |
| Антитела StAR | Proteintech | Cat#67130-1-Ig | Для западного блотинга |
| Сульфо-SANPAH | МАКЛИН | Кот#102568-43-4 | Гетеробифункциональный кросслинкер для активации поверхности геля |
| TEMED | Файджин | Кот#PH0341 | Катализатор полимеризации |
| β-меркаптоэтанол | Инвитроген | Кот#21985023 | Снижает окислительный стресс и поддерживает рост клеток в культуре (0,1 мМ) |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.