Summary
इस पांडुलिपि यूनिडायरेक्शनल खींच उपयोग कर पक्षपाती कोशिकाओं या ऊतकों पर बल लागू होते हैं या जारी करने के लिए एक तकनीक प्रस्तुत करता है.
Abstract
यांत्रिक बलों कोशिकाओं पर लगाए और / या ऊतकों कई प्रक्रियाओं में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं. हम एक polydimethylsiloxane इमेजिंग के साथ संगत (PDMS) झिल्ली, पर चढ़ाया कोशिकाओं को फैलाने के लिए एक उपकरण विकसित किया है. इस तकनीक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और बहुमुखी है. PDMS झिल्ली एक विशिष्ट ज्यामिति के लिए कोशिकाओं या ऊतकों को सीमित करने के क्रम में micropatterned किया जा सकता है. पहले कदम के लिए एक गहरी यूवी तकनीक के साथ PDMS झिल्ली पर micropatterns मुद्रित करने के लिए है. PDMS झिल्ली फिर एक यांत्रिक स्ट्रेचर पर मुहिम शुरू की है. एक कक्ष में खिंचाव के दौरान ग्लाइडिंग अनुमति देने के लिए biocompatible तेल के साथ झिल्ली के ऊपर ही है. कोशिकाओं वरीयता प्राप्त और micropatterns पर कई घंटे के लिए प्रसार करने के लिए अनुमति दी जाती है. नमूना एक micrometric पेंच के उपयोग के साथ कई बार बढ़ाया और unstretched किया जा सकता है. यह (30% के आसपास) अपनी पूरी हद तक खिंचाव लागू करने के लिए एक मिनट से भी कम समय लगता है. यहाँ प्रस्तुत तकनीक एक के लिए आवश्यक है, जो एक मोटर चालित उपकरण है, शामिल नहीं हैजल्दी और / या कंप्यूटर खींच नियंत्रित दोहराया खिंचाव चक्र pplying, लेकिन यह लागू किया जा सकता है. कोशिकाओं की टूटती या ऊतक कोशिका बलों, यांत्रिक तनाव या ऊतक morphogenesis के लिए सेल प्रतिक्रिया से संबंधित प्रश्नों के लिए ब्याज की हो सकती है. इस वीडियो प्रस्तुति प्रतीत होता है सरल प्रयोग के इस प्रकार के कर जब पैदा हो सकता है कि विशिष्ट समस्याओं से बचने के लिए कैसे दिखाई देंगे.
Introduction
उच्च जीवों में एक ऊतक रचना कोशिकाओं यांत्रिक तनाव और बाहरी वातावरण से या आसपास की कोशिकाओं 1,2 से या तो आ खींच बलों के अधीन हैं. कोशिकाओं के लिए अनुकूल है और ऊतक अखंडता को बनाए रखने के क्रम में इन ताकतों का विरोध करना चाहिए. इस तरह की ताकतों का भी विकास 3,4 दौरान ऊतकों morphogenesis के लिए महत्वपूर्ण हैं. संवर्धित कोशिकाओं पर यांत्रिक बलों लागू एक ऊतक में क्या हो सकता है की नकल के लिए एक रास्ता है, लेकिन सेल आकार और सेल विरूपण 5,6 की एक मात्रात्मक और स्वतंत्र नियंत्रण के साथ. इसके लिए कई तकनीकों का इस्तेमाल किया जा सकता है. वन (पूरे सेल या इसे का हिस्सा), उदाहरण के लिए AFM या डेरिवेटिव 7,8 या कोशिकाओं पर बढ़ रहे हैं सब्सट्रेट खिंचाव का उपयोग कोशिकाओं पर प्रेस कर सकते हैं.
इस पत्र में वर्णित विधि कोशिकाओं के साथ चढ़ाया एक विमान सब्सट्रेट फैलाने के लिए कैसे करें. इस तकनीक को मूल रूप से आकलन करने के लिए विकसित किया गया था बलों की भूमिका मीटर पर exerteditotic स्तनधारी कोशिकाओं 9. Mitotic कोशिकाओं त्याग फाइबर के माध्यम से सब्सट्रेट करने के लिए जुड़े रहने और झिल्ली खींच बदले में mitotic धुरा के रोटेशन उकसाया जो उन तंतुओं, पर बल डाला. चिपकने वाला micropatterns संयोजन और खींच के हित बलों और व्यक्ति की कोशिकाओं के आकार के स्वतंत्र नियंत्रण हासिल करने के लिए है. यह एक अक्षीय खिंचाव लागू किया जाता है, जबकि एक पूरी तरह से isotropic गोल आकार में एक अंडाकार सेल फैलाने के लिए उदाहरण के लिए संभव है. कोशिकाओं micropatterns पर platted नहीं कर रहे हैं, एक अक्षीय सबसे कोशिकाओं खिंचाव अक्ष के साथ गठबंधन एक लंबे धुरी होने के साथ, सेल बढ़ाव में परिणाम खींच. यह लंबे समय से अक्ष संरेखण और कोशिकाओं को लागू खिंचाव के प्रभाव के प्रभाव को अलग करने के लिए तो मुश्किल है.
डिवाइस लंबे समय व्यतीत फ्लोरोसेंट माइक्रोस्कोपी सहित किसी भी जीना सेल इमेजिंग, के लिए उपयुक्त है, और दवाओं के प्रयोग के दौरान जोड़ा जा सकता है. गहरे उव्स micropatterning विधि 10Azioune में विवरण में वर्णित किया गया था एट अल. PDMS पर 11 Patterning वर्णित किया गया था Azioune एट अल. 12 में प्रोटोकॉल खींच उपस्थित Carpi एट अल. 13 का एक वीडियो संस्करण है
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Protocol
1. PDMS की passivation
- PDMS का एक टुकड़ा काट लगभग एक पूर्व बनाया चादर से x 20 मिमी 35 मिमी (उदाहरण के लिए, GelPak, सामग्री की तालिका में सूचीबद्ध).
- प्लास्टिक की ऊपर और नीचे की सुरक्षा परतों निकालें (यदि आवश्यक) और पेट्री डिश (इलाज संस्कृति सेल नहीं) एक प्लास्टिक में PDMS स्थान के लिए चिमटी का उपयोग करें.
- / मिनट 30 दोलनों पर एक रोटेटर पर 5 मिनट के लिए 70% इथेनॉल के साथ PDMS धो लें.
- उस पर हवा बहने से सतह सूखी.
- के बारे में 5 सेमी की यूवी बल्ब से एक दूरी पर 5 मिनट के लिए गहरी यूवी (λ = 180 एनएम) के साथ रोशन (दीपक संदर्भ के लिए सामग्री चादर देख; मापदंडों विभिन्न लैंप के लिए अलग अलग होंगे).
- प्रत्येक टुकड़ा PDMS के लिए EDC / एनएचएस समाधान के 200 μl (समाधान की जेट घंटा के एक मामले में decays क्योंकि यह सिर्फ प्रयोग करने से पहले तैयार किया जाना चाहिए) तैयार करें. पीएच 6.0 में 0.05 एम एम ई + 0.5 एम NaCl बफर के 1 मिलीलीटर के लिए, sulfo एन एच एस के 11.5 मिलीग्राम और EDC के 19.2 मिलीग्राम जोड़ें.
- स्थानांतरणप्रबुद्ध नहीं किया गया है जो पेट्री डिश के ढक्कन को पेट्री डिश से PDMS चादरें. इस PDMS के आसपास बहुत हाइड्रोफोबिक हैं कि सुनिश्चित करने और अगले कदम की सुविधा होगी.
- EDC / एनएचएस समाधान जोड़ें और कमरे के तापमान पर 15 मिनट के लिए सेते हैं.
- पानी के साथ EDC / एनएचएस कुल्ला.
- पीएलएल-G-खूंटी समाधान (HEPES 10 मिमी पीएच 8.6 में 0.5 मिलीग्राम / एमएल) जोड़ें और 3 घंटा के लिए रात भर कमरे के तापमान पर से सेते हैं.
- पानी के साथ पीएलएल-G-खूंटी कुल्ला. (पीएलएल-G-खूंटी के साथ क्रियाशील) passivated PDMS 4 डिग्री सेल्सियस पर कई दिनों के लिए भंडारित किया जा सकता है
2. PDMS की patterning
- एक PDMS चादर लो और patterning के लिए microfeatures असर एक सिंथेटिक क्वार्ट्ज photomask पर जगह (चित्रा 1 देखें). पीएलएल-G-खूंटी photomask के क्रोम पक्ष का सामना करना पड़ असर PDMS की ओर रखें.
- के बारे में 5 सेमी की यूवी बल्ब से थोड़ी दूरी पर photomask के माध्यम से 7 मिनट के लिए स्पष्ट करना.
- मास्क + PDMS पर पानी जोड़ें और धीरे से मुखौटा उतर PDMS छील.
- कमरे के तापमान पर 1 घंटे के लिए पीएच 8.6 पर HEPES बफर में 50 मिलीग्राम / एमएल fibronectin समाधान के साथ सेते हैं. यह दूसरों के ईसीएम प्रोटीन का उपयोग करने के लिए संभव है, लेकिन इन इस प्रोटोकॉल के साथ परीक्षण नहीं किया गया.
- पीबीएस के साथ कुल्ला.
3. डिवाइस को माउंट
- खींच डिवाइस (समस्या निवारण के लिए चर्चा देखें) पर पहले से passivated PDMS माउंट.
- स्ट्रेचर के तय हिस्से को PDMS की एक तरफ संलग्न करें.
- PDMS चादर का बहुत अधिक clamping बिना स्ट्रेचर की मोबाइल हिस्सा करने के लिए दूसरे पक्ष को ठीक करें.
- एक मोटी PDMS वार में PDMS की एक आयत (22 मिमी x 19 मिमी) में कटौती और (देखें चित्र 2) कोशिकाओं और मीडिया रख सकेंगे कि एक पूल (या फ्रेम) के क्रम में अंदर एक और आयत में कटौती.
- इस पूल PDMS तहत सिलिकॉन तेल जोड़ें और एक मेड बनाने के लिए PDMS चादर के शीर्ष पर जगहIUM पूल को बनाए रखना है. तेल खींच दौरान PDMS चादर पर पूल की ग्लाइडिंग अनुमति देगा.
4. कोशिकाओं patterning
- Versene साथ एक 50% confluency संस्कृति कुप्पी से कोशिकाओं को अलग.
- कक्षों की गणना और 200,000 कोशिकाओं / एमएल के एक एकाग्रता में उन्हें resuspend.
- पूल में सेल निलंबन के 1 मिलीलीटर (अतिरिक्त जानकारी के लिए चर्चा देखें) जोड़ें.
- कोशिकाओं (RPE-1 कोशिकाओं 10 मिनट और HELA कोशिकाओं 20 मिनट का समय लगेगा, सेल प्रकार पर निर्भर करता है) 10-30 मिनट के लिए पैटर्न के लिए बाध्य करते हैं.
- धीरे equilibrated मध्यम (इनक्यूबेटर में मध्यम संतुलित करना) के साथ चल कोशिकाओं फ्लश.
- कोशिकाओं पैटर्न पर कुछ घंटे के लिए फैल चलो (RPE -1 में कम से कम 2 घंटे की आवश्यकता होगी, HELA कोशिकाओं 3 घंटा आवश्यकता होगी).
- PDMS टूटता मामले में वाष्पीकरण और मध्यम रिसाव से बचने के लिए पूल के शीर्ष पर एक coverslip जोड़ें.
- एक औंधा माइक्रोस्कोप पर डिवाइस रखो और इमेजिंग शुरू करते हैं. तेल विसर्जन ओबी के प्रयोग से बचेंयह कारण समस्याओं का ध्यान केंद्रित करने के लिए काम नहीं करेगा रूप jectives.
5. टूटती
- एक्स, वाई, जेड और अक्ष (मुख्य रूप से एक्स) में मंच की स्थिति को सही करते हुए micrometric पेंच मुड़ें. मंच स्थिति PDMS को चौड़ा करने और ध्यान की हानि प्रतिक्रिया करने के लिए सही करने की जरूरत है. (चर्चा में अनुच्छेद "खंड के दौरान" देखें).
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Representative Results
इस वीडियो प्रोटोकॉल में प्रस्तुत तकनीक mitotic स्तनधारी कोशिकाओं का त्याग फाइबर पर बलों के आवेदन की अनुमति दी. दरअसल, कोशिका विभाजन के दौरान, mitotic चरण में, स्तनधारी कोशिकाओं के एक क्षेत्र आकार ले और सब्सट्रेट से जुड़े होते हैं जो झिल्ली से घिरा पतली actin केबल के पीछे छोड़ने के लिए वापस लेना. इन तारों (त्याग फाइबर), डिवीजन में जाने से पहले सेल ज्यामिति की स्मृति हैं. PDMS पतली फिल्म पर एक photomask के माध्यम से गहरी यूवी साथ micropatterns बनाने (चित्रा 1) सेल आसंजन की ज्यामितीय नियंत्रण की अनुमति दी. मेटाफ़ेज़ की शुरुआत में सब्सट्रेट खींच करके, इन त्याग फाइबर के कुछ mitotic कोशिका प्रांतस्था (चित्रा 3) पर लागू एक यांत्रिक बलों में जिसके परिणामस्वरूप, दूर सेल शरीर से खींच रहे थे. इन बलों धुरी धुरी 9 के उन्मुखीकरण को नियंत्रित करने के लिए दिखाया गया.
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चित्रा 1. Micropatterns सुविधाओं असर सिंथेटिक क्वार्ट्ज Photomask. गहरे यूवी patterning के लिए उपयोग किया जाने वाला) विशिष्ट photomask. यह एक 10 सेमी x 10 सेमी बाइनरी मुखौटा है और सुविधाओं एक submicron संकल्प के साथ एकल कक्ष patterning के लिए आम तौर पर लगभग 20 माइक्रोन चौड़े के हैं. नग्न आंखों से दिखाई चौकों देखने का एक 10X उद्देश्य खुर्दबीन क्षेत्र के आकार के होते हैं. विस्फोट एकल कक्ष पैटर्न (यहाँ डिस्क) को इसी सुविधाओं से पता चलता है. सुविधाओं गहरी उव्स ध्यान से बुलबुले के गठन से परहेज करते हुए PDMS photomask पर लागू किया जाता है. बी) के माध्यम से पारित करने के लिए पारदर्शी हैं. passivated PDMS ओर photomask की ओर धातु के साथ संपर्क में है. micropatterns सभी PDMS पर मुद्रित किया जाएगा.g1highres.jpg "लक्ष्य =" _blank "> बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.
चित्रा 2. पूल. एक PDMS पूल PDMS चादर पर लागू किया जाता है. तेल पूल के नीचे परिधि को कवर किया जाता है. पूल की क्षमता मीडिया के लगभग 2 मिलीलीटर है. पूल संस्कृति के माध्यम से भर जाता है (यहां fluorescein साथ पानी पीले रंग में दिखाई देता है). वाष्पीकरण से बचने के लिए, एक coverslip शीर्ष पर जोड़ा जा सकता है. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
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Discussion
इस तकनीक को कई बार इस्तेमाल किया गया है और अच्छी तरह से जांच कर रहा है हालांकि, एक असफल प्रयोग को जन्म दे सकता है कि कई महत्वपूर्ण कदम उठाए हैं.
PDMS के बारे में:
इस काम के लिए, GelPak, एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध पतली PDMS चादर, इस्तेमाल किया गया था. वैकल्पिक रूप से PDMS शीट PDMS मिश्रण से सीधे डाली जा सकती है. यह अधिक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य है, और कस्टम बनाया PDMS की तुलना में तोड़ने के लिए कम संभावना है क्योंकि हम GelPak का उपयोग करना चाहिये.
उपकरण के बारे में:
इस प्रोटोकॉल में प्रयोग किया जाता खींच डिवाइस "घर में" डिजाइन किया गया था, लेकिन एक भी Flexcell तरह व्यावसायिक रूप से उपलब्ध स्ट्रेचर पर Micropatterning तकनीक लागू कर सकते हैं. कस्टम बनाया विकल्प अधिक बहुमुखी हैं और एक बहुत सस्ता है.
डिवाइस बढ़ते:
PDMS के बढ़ते तोड़ने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं. यह भी यह पलटना करने के लिए आसान है और जो पक्ष बताने के लिए कोई रास्ता नहीं हैजो. PDMS बहुत ज्यादा clamped है, तो यह कम हो जाता है और यह (तनाव फैलाने का एक ही दूरी के लिए अधिक से अधिक हो जाएगा के रूप में) को तोड़ने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं. सुनिश्चित करें शिकंजा अच्छी तरह से कड़ा कर रहे हैं या PDMS चादर जैसे ही खिंचाव प्रयोग के दौरान बाद में शुरू होता है या के रूप में निकल जाएगा.
कोशिकाओं को जोड़ने:
संस्कृति सब्सट्रेट से कोशिकाओं detaching के लिए, यह पीबीएस के बजाय trypsin में EDTA 0.02% का उपयोग करने के लिए बेहतर है. EDTA का प्रयोग पैटर्न पर कोशिकाओं का तेजी से rebinding अनुमति देगा. कोशिकाओं PDMS को जोड़ रहे हैं, वे अच्छी तरह से पैटर्न के लिए बाध्यकारी व्यक्ति की कोशिकाओं को प्राप्त करने के क्रम में एक दूसरे से अलग किया जाना चाहिए. वे निलंबन में एक बार, एक 200 μl टिप के साथ उन्हें कई बार पिपेट, इस समुच्चय को तोड़ देगा. के बारे में 200,000 कोशिकाओं को एक पैटर्न के लिए बाध्यकारी है क्रम में 4 सेमी 2 सतह पर जोड़ा जाना चाहिए. कोशिकाओं की सतह पर तेजी से गिर जाते तो एक छोटी मात्रा का प्रयोग करें. वहाँ नहीं कर रहे हैं पर्याप्त कोशिकाओं, एमकिसी भी पैटर्न खाली रहेगा. गैर जुड़ी कोशिकाओं के रूप में जल्द ही कोशिकाओं पैटर्न के लिए बाध्य कर रहे हैं के रूप में मीडिया को हटाने से बाहर प्लावित किया जाना चाहिए. फ्लश से पहले समय प्रकार की कोशिकाओं के बीच भिन्न हो सकते हैं, लेकिन 15 मिनट कोशिकाओं पैटर्न के लिए संलग्न करने के लिए शुरू करने के लिए आम तौर पर पर्याप्त है. कोशिकाओं को भी लंबे समय के लिए संलग्न करने के लिए छोड़ दिया जाता है, पैटर्न 2 या अधिक कक्षों का कब्जा हो जाएगा. यह चरण 13 में वर्णित है.
खिंचाव के दौरान:
ब्याज के क्षेत्र की स्थिति को खोने से बचने के लिए, जबकि खींच, अतिरिक्त सावधान रहें. दरअसल, खिंचाव के दौरान, PDMS व्यापक हो जाएगा, और चरण स्थिति क्षतिपूर्ति करने के लिए पुनः समायोजन करने की आवश्यकता है. मंच की एक मोटर चालित खींच डिवाइस और सॉफ्टवेयर नियंत्रण का एक संयोजन स्वचालित रूप से इस आशय के 14 के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए विकसित किया जा सकता है. यहाँ प्रस्तुत सरल और बहुमुखी पुस्तिका स्ट्रेचर जैसे स्वचालित मुआवजा प्राप्त करने के लिए उन्नत किया जा सकता.
PDMS POसिलिकॉन तेल की सतह के आसपास ठीक से नहीं रखा गया था अगर राजभाषा लीक कर सकते हैं. सेटअप सही ढंग से उस पर चढ़ाना कोशिकाओं से पहले अंदर पीबीएस डालने और किसी भी रिसाव के लिए देख द्वारा बंद है सुनिश्चित करें.
हमारे स्ट्रेचर के बारे में 30% की एक खिंचाव की अनुमति देता है, लेकिन कस्टम डिजाइन स्ट्रेचर खींच के एक उच्च डिग्री के लिए अनुमति दे सकता है. तनाव उच्च के रूप में सावधान रहें, उच्च PDMS परत को तोड़ने का खतरा है.
सीमाएं:
यहाँ प्रस्तुत तकनीक में मुख्य सीमाओं में से एक एक मोटर का उपयोग आसान स्वत खींच / destretching की कमी है. फिर भी, यह बजाय एक पुस्तिका micrometric पेंच की एक actuator अनुकूलित करने के लिए संभव है. माइक्रोस्कोप नियंत्रण की एक विशिष्ट programing के साथ मिलकर यह कार्यान्वयन, खींच दौरान नमूना विस्थापन के लिए मुआवजा अनुमति दे सकते हैं.
में तेल विसर्जन उद्देश्यों का उपयोग क्योंकि एक और दोष, उच्च संकल्प इमेजिंग होने की कठिनाई हैउद्देश्य भी तेजी से चलता है जब मुलायम सब्सट्रेट के duces आंदोलनों. इस पानी का उपयोग कर हल किया जा सकता है (लेकिन फिर वाष्पीकरण लंबी अवधि के प्रयोगों के लिए एक मुद्दा है) या बहुत तरल पदार्थ तेल.
संशोधन और भविष्य अनुप्रयोगों:
कैंसर अनुसंधान संस्थान (लंदन, ब्रिटेन) से Yanlan माओ और एनआईसी TAPON के साथ सहयोग में, हम चुटकी के क्रम में, नमूना बीच में होने के साथ, एक दूसरे के ऊपर पर PDMS की दो परतों की अनुमति देता है जो स्ट्रेचर का एक और संस्करण विकसित और पूरे ऊतकों खिंचाव.
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Disclosures
लेखक कोई प्रतिस्पर्धा वित्तीय हितों की घोषणा.
Acknowledgments
इस काम फ्रांस Institut क्यूरी, पेरिस, द्वारा स्थापित किया गया था. यांत्रिक स्ट्रेचर डेमियन Cuvelier (Institut क्यूरी) द्वारा तैयार किया गया था और GREM द्वारा निर्मित है (MECANIQUE-grem.com). PDMS पर patterning Ammar Azioune (बोर्डो द्वितीय विश्वविद्यालय) द्वारा विकसित किया गया था.
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
GelPak | GelPak | PF-60-X4 | Different thickness/stickiness are available. One alternative could be to cast your PDMS yourself. |
Silicon grease | GE Bayer Silicones | Baysilone-Paste | This one is biocompatible |
Stretching device | GREM mécanique | Stretcher 2011 | |
EDC (N-(3-Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide hydrochloride) | Sigma | 3450 | Stable 6 months at -20 °C |
NHS (N-Hydroxysulfosuccinimide sodium salt) | Sigma | 56485 | Protect from humidity |
Pll-g-peg (PLL(20)-g[3.5]-PEG(2) 20 mg) | SurfaceSolutions (Zurich) | ||
Synthetic Quartz photomask | Toppan | Take standard binary photomask in Quartz | |
Fibronectin from bovine plasma | Sigma | F1141 |
References
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