Высокой пропускной силы тяги Микроскопия использованием PDMS показывает доз-зависимые эффекты преобразования фактор роста-я на Эпителиальный-к-мезенхимальный переход
June 1st, 2019
Мы представляем высокую пропускную силу силы ассеис изготовлены с силиконовой резины (PDMS). Этот новый ассси подходит для изучения физических изменений в сотрудничности клеток во время различных биологических и биомедицинских процессов и заболеваний. Мы демонстрируем полезность этого метода, измеряя tGF-я зависимое увеличение контрактности во время эпителиального перехода к мезенхимальному.
Моя лаборатория интересуется механобиологией, которая исследует, как клетки оказывают давление и находятся под влиянием механических сил. Одним из способов количественной оценки механобиологии является измерение клеточной сотысячность. В адептовых клетках контрактичность проявляется в силах тяги, оказываемых на клеточный субстрат. Мы количественно эти силы с помощью методологии обычно называют тяги силы микроскопии или TFM. И TFM реализована в широком спектре различных методов, но общий аспект заключается в том, что это довольно серийный и медленный метод лаборатории, как правило, в одном блюде, как этот здесь. Это ограничивает нас в оценке одного населения или состояния за один раз. На протяжении в клеточной культуры была улучшена некоторое время назад, но создание мультиуэлл блюда, и мы думали, не было бы здорово, мы могли бы TFM с той же повышенной пропускной способности и той же эффективности времени и реагентов? И это было наше решение. Таким образом, мы создали 96 хорошо тяги силы блюдо. И это очень похоже на обычные 96 хорошо ткани культуры блюдо, однако с этим блюдом мы можем не только изучить 96 различных условий клеточной культуры, но и количественно их клеток контракту. Это представляет собой гораздо более высокое решение пропускной способности, чем один подход блюдо, что позволяет нам изучить различные условия клеток и контрактильные ответы. Во время метастазирования рака раковые клетки путешествуют от своего основного участка к вторичным участкам, распространяя болезнь в нашем организме. На это метастатическое поведение раковых клеток приходится 90% случаев смерти, связанных с раком. Одним из предлагаемых механизмов эпителиальных раковых клеток для приобретения более мигрирующих и инвазивных фенотипов является эпителиально-мезенхимальный переход, ЭМТ. Во время скорой МТ они становятся более мигрируют и инвазивны, изменяя свое физическое поведение. Чтобы лучше понять эти изменения в физическом поведении, мы используем наш мягкий подложка кремния для измерения изменений в контрактности клеток молочной железы мыши с индукцией ЭМТ TGF-В этом исследовании, мы исследовали, как различные концентрации и инкубационные время TGF-влияния клеток физического поведения. Polydimethylsiloxane является очень совместимой резины с самым низким модул янг около 0,6 килопаскаля. Жесткость этого материала также может быть настроена с использованием различных концентраций перекрестного агента, включая SYLGARD 184.To измеряет механические свойства PDMS мы используем реометр. После смешивания части А и части В PDMS, в соотношении один к одному веса и добавления лечебного средства с указанным процентом веса, загрузите подготовленную партию на реометровую пластину. Убедитесь в том, чтобы загрузить достаточно образца, чтобы полностью покрыть область шпинделя. Важно убедиться, что шпиндель касается образца полностью без свободного пространства осталось на его краю. Любой дополнительный образец следует тщательно подстригать и вытирать с тарелки. Измерьте окончательную модулу хранения и зависимость времени вязкости каждого образца, делая время и частоту зачисток на осцилляторном деформации стрижки 0.5%Newsha'Этот график является одним из примеров теста seq времени, сделав для измерения реологического поведения полидиметилсилоксана с прикладным колеблемым деформацией стрижки 0,5% и температурой 100%
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Обзор
Это исследование представляет высокопроизводительный аппарат для измерения тяговых сил, изготовленный из силиконовой резины (PDMS), предназначенный для исследования физических изменений в контрактильности клеток в процессе различных биологических процессов. Полезность метода продемонстрирована путем измерения зависящих от TGF-β увеличений контрактильности в процессе эпителиально-мезенхимального перехода.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Клеточная биология
- Биомеханика
- Биомедицинская инженерия
Фон
- Контрактильность клеток важна в различных биологических процессах.
- Понимание изменений контрактильности может дать представление о заболеваниях.
- Традиционные методы могут не обладать пропускной способностью и чувствительностью.
- PDMS является универсальным материалом для создания анализов.
Цель исследования
- Разработать высокопроизводительный анализ для измерения контрактильности клеток.
- Оценить влияние TGF-β на контрактильность в процессе эпителиально-мезенхимального перехода.
- Предоставить надежный метод для изучения поведения клеток в различных условиях.
Используемые методы
- Изготовление аппарата для измерения тяговых сил с использованием PDMS.
- Измерение контрактильности клеток в ответ на TGF-β.
- Высокопроизводительный анализ для оценки нескольких образцов.
- Оценка динамики эпителиально-мезенхимального перехода.
Основные результаты
- Успешное измерение изменений контрактильности в клетках.
- Демонстрировано увеличение контрактильности, зависящее от TGF-β.
- Подтверждена полезность анализа на основе PDMS.
- Предоставлены представления о механике процессов перехода клеток.
Выводы
- Аппарат для измерения тяговых сил на основе PDMS эффективен для изучения контрактильности клеток.
- Повышенная контрактильность в процессе эпителиально-мезенхимального перехода подтверждена.
- Этот метод может быть применен в различных биологических и биомедицинских исследованиях.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
This high-throughput traction force microscopy platform enables quantitative assessment of cellular contractility in a scalable format, supporting mechanistic de-risking in early discovery. By linking TGF-β-induced epithelial-to-mesenchymal transition to measurable biophysical changes, the method provides predictive value for target validation in fibrosis and metastasis research. The PDMS-based system offers reproducibility and compatibility with existing multi-well workflows, enhancing enterprise reuse across discovery biology and assay development pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of TGF-β as a modulator of cellular contractility during EMT, supporting target hypothesis testing.
- Operational Value: Provides dose-dependent and time-resolved contractility data to prioritize mechanistic targets in fibrosis and cancer pathways.
- Predictive Value: Quantifies biophysical phenotypes linked to EMT, aiding in preclinical target selection and pathway de-risking.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Delivers quantitative, substrate-independent contractility measurements for assay standardization in mechanobiology screening.
- Operational Value: Compatible with 96-well formats, enabling parallel screening of compound libraries or cytokine doses.
- Assay Readiness: Uses stable, inert PDMS substrates with tunable modulus (0.4–100 kPa) and indefinite shelf life, reducing batch variability.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Links TGF-β dose and duration to contractile output, supporting biomarker-aligned preclinical models of EMT.
- Mechanistic De-risking: Enables evaluation of contractility changes as a functional readout in disease-relevant systems prior to in vivo validation.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by correlating molecular intervention with biophysical phenotype modulation.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead identification, providing biophysical readouts that inform early-phase decision-making.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of TGF-β signaling effects on cellular mechanics and contractility.
- Screening: Enables high-throughput, reproducible quantification of traction forces across multi-well formats for dose-response analysis.
- Analytics: Generates contractility metrics (force magnitude, distribution) that allow comparison of TGF-β concentrations and exposure times.
- Translational Research: Connects in vitro EMT induction to measurable biomechanical changes, supporting preclinical model relevance.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable traction force platform applicable across cell types and mechanobiology targets in oncology and fibrosis.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing ambiguity in mechanobiological phenotypes.
- Operational Value: Enhances reproducibility and scalability through standardized PDMS substrates and multi-well compatibility.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling parallel condition testing and reducing reagent consumption per data point.
- Portfolio Impact: Facilitates risk-adjusted prioritization of targets based on quantitative contractility shifts during pathogenic transitions.
Implementation Considerations
- Requires expertise in cell culture, TFM image analysis, and PDMS substrate preparation.
- Depends on rheometry for substrate characterization and fluorescence microscopy for traction force quantification.
- Necessitates standardization of seeding density, substrate functionalization, and imaging conditions across wells.
- Adaptation to different cell types may require optimization of substrate stiffness and adhesion ligands.
- Practical limitations include substrate thickness uniformity and potential autofluorescence of PDMS at certain wavelengths.
