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Biology

前立腺細胞の方向性のある移動を研究するためにカスタム設計された電気走チェンバースを利用

doi: 10.3791/51973 Published: December 7, 2014

Abstract

生理学的な電場は、胚発生、神経突起成長および上皮創傷治癒における細胞移動を導くような特定の生物学的機能を提供しています。 in vitroで培養細胞に直流電界を印加すると、方向性細胞遊走、または電気走を引き起こす。ここで実証する2次元電気走法は、カスタムメイドのポリ(塩化ビニル)(PVC)チャンバ、ガラス表面、白金電極と細胞が撮像された電動ステージを用いて修飾される。 PVC室と白金電極は、低い細胞毒性を示し、手頃な価格の、再使用可能である。ガラス表面と電動顕微鏡ステージは、画像の品質を改善し、細胞へのガラス表面や治療への可能な修飾を可能にする。我々は2つ​​の非腫瘍形成、SV40不死化前立腺細胞株、PRNS-1-1とPNT2の電気走を撮影。これら2つの細胞株は、同様の移行速度を示し、両方の側に移動カソードが、彼らは電気走における方向性の異なる程度を示します。このプロトコルを使用して得られた結果は、PRNは、1-1 PNT2細胞株は、それらの方向性遊走応答を支配する異なる固有の機能を有することができることを示唆している。

Introduction

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内因性の電界は、皮膚1、32、33、2、脳のような種々の組織で検出される。生理学的な電界が神経突起5,6の伸長を案内し、上皮および角膜創傷閉鎖1,7を促進導く胚発生3,4を含む特定の生物学的機能を提供しています。 インビトロ 、培養細胞に直流電界を印加する模倣生理電界指向性細胞遊走、または電気走を引き起こす。電気走線維芽細胞8、魚ケラチノサイト9、ヒト上皮および角膜ケラチノサイト10-12に検討されている、神経芽2、および神経前駆細胞14,13リンパ球。 ( - )極印加磁界にさらされたときに、研究された細胞の大部分は、陰極に向かって一方向に移行する。しかし、高転移を含むいくつかの癌細胞ヒト乳癌細胞およびヒト前立腺癌細胞株PC-3Mは、陽極(+)極15、16に移動する。いくつかの機構が電気走を媒介するか、活性化を含む電界を感知する細胞の能力を説明するために提案されているEGFは、12を受容と、上皮ナトリウムチャネル17は 、PI3KおよびPTEN 18、及びカルシウムの放出メカニズムはまだ完全には理解されていない。15、19のイオンとは、複数のシグナル伝達経路が電気走に関与している可能性がある。

ここで実証する2次元電気走法が付着し、運動性細胞の指向性遊走を特徴付けるために、いずれか18、20。この技術は、から変更され、コンフルエント細胞のシートの個々の細胞遊走10、12、17または遊走をモニターするために有用である鵬とJaffe氏21、及び西村カスタムメイド、透明なPVC室と10、取り外し可能なcoverslとIPSなどの免疫蛍光イメージングなどの二次分析用の電気走、後に簡単にセルの取得を可能にする。電気走室のガラス表面は、高倍率でかつ蛍光標識された細胞での撮影を可能にする、光互換性がある。また、そのような表面コーティングまたは電荷を変化させるように、ガラス表面の改質に実験計画を可能にする。第1カバーガラス製のスペーサーは、細胞上の電流の流れを最小限にするためにチャンバ内で使用されている。したがって、電流の流れの二乗に比例するジュール加熱は、実験中の細胞を過熱しないでしょう。接続寒天ブリッジは細胞と電極との直接接触を防止し、電気走時の培地のpHまたはイオン濃度の変化を防止する。

二つの非腫瘍形成性ヒト前立腺細胞株は、本研究での電気走応答を調べた。 PRNS-1-1 22とPNT2 23は、両方SV4です低または前立腺特異抗原(PSA)の発現なしに上皮マーカーのサイトケラチン5、8、18と19を表す0不死化、増殖因子依存性細胞株。両方の細胞株は、正常な上皮細胞の多角形の形態を維持するが、染色体異常は、染色体分析22、24で観察された。PRNS-1-1とPNT2はほとんどの実験で同様の挙動を共有するが、それらは腺房構造の形成との違いを示して行う電気走。 3-Dマトリックス、マトリゲル上で、PRNS-1-1細胞は、正常な前立腺組織25に類似たルーメンを有する中空腺房構造を形成する。しかし、PNT2細胞が管腔または偏上皮26せずに固体スフェロイドを形成する。 PRNS-1-1細胞はまた、現在の研究でPNT2よりも高いgalvanotactic応答を実証する。 PRNは、1-1腺房構造と電気走の形成の間の相関はgalvanotactic信号が広報を組織において役割を果たし得ることを示唆しているostate腺組織の内因性電界に応答して動き、そして、これら2細胞株とを区別するためにさらなる特性を提供する。

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Protocol

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1.培養前立腺細胞

  1. 培養PRNS-1-1、5%CO 2、37℃で、10%FBSおよび抗生物質-抗真菌を補充したRPMI 1640培地中で100mm培養皿上とPNT2前立腺細胞。細胞が電気走実験のために80%の集密度に達するまで、毎日の培地をリフレッシュします。

2.組立電気走チェンバース

  1. 下部チャンバーの組み立て
    1. 2-プロパノールでプラスチックの電気走室を拭きます。注射器でチャンバーの底側に円形の開口部周りのマリングレードのシリコンシーラーを適用し、大規模なカバーガラス( 図1)を取り付け。カバーガラスを押し下げると綿棒で余分な接着剤をふき取るために綿棒の裏側を使用してください。円形の開口部は、媒体と、電流が2インナーメディア貯水池の間に位置し、細胞の上に流れるようになります。
    2. 6ミリメートル×2を作るために小さなカバーガラスをカットダイヤモンドポイントマーカーと5ミリメートルスペーサー。
    3. チャンバーを裏返し。注射器および/または下部ガラス上の2の円形開口部の間の細胞接着10ミリメートル×25mmのチャネル表面を作成するための金属スパチュラでシリコン接着剤の2ストライプを適用する。 2円形の開口部との間にガラススペーサの2枚を接着。スペーサーを押し下げると綿棒および/または爪楊枝で余分な接着剤をふき取るために綿のアプリケーターの裏側を使用してください。
    4. シリコン接着剤が硬化するまで、24時間チャンバーを乾燥させる。接着剤から酢酸残基を除去するために蒸留水で一晩チャンバーを浸す。すぐに使用するためのチャンバを乾かしたり、清潔​​な容器に後で使用するためにチャンバーを保存する。
      図1
      図1:底の電気走室の組み立て。 A)大カバーガラスを清浄室の底部に取り付けられている。B)Tガラススペーサの破片woは細胞が付着するための10ミリメートル×25 mmのチャンネルを作成するために2円形の開口部との間で接着されている。
  2. 電気走チャンバーに細胞を播種
    1. 実験に必要な電気走室の必要とする数を準備します。各細胞株または処置は、単一電気走室を必要とする。 2-プロパノールとの電気走室を拭きます。滅菌PBSで3回チャンバーを洗浄し、チャンバ内の2円形の開口部との間の液体の流れを確認してください。
    2. 無菌の細胞培養皿でチャンバを囲み、それらを15分間37℃で平衡化させる。 5分間37℃で5ミリリットル0.25%トリプシン-EDTAを使用して培養皿から前立腺細胞を剥離。 PBS中5ミリリットル、10%FBSをトリプシン-EDTAを中和する。
    3. 15ミリリットルチューブに細胞を移し、200×gで、37℃で5分間細胞を遠心する。上清を吸引し、培養培地1ml中に細胞を再懸濁する。
    4. 20μを取る計数チャンバーにロードし、細胞数を計算するために細胞溶液のリットル。培養培地で8×10 4細胞/ mlに細胞濃度を調整します。
    5. 37℃のインキュベーターから電気走室を取る。各チャンバーに細胞懸濁液の350μlのをシード。
    6. 湿ったキムワイプまたは5%CO 2、37℃のインキュベーター内の湿度チャンバ内の培養皿に一晩チャンバー中で細胞をインキュベートする。

図2
図2:チャンバーに細胞を播種下部チャンバはA)前立腺細胞を、トリプシン処理し、計数し、チャンバーに移し、一晩インキュベートし、乾燥し、そして洗浄されるB)トップカバーガラスを撮影する前に、チャンバをシールするために装着される。

  1. A上部チャンバーをssembling
    1. 撮影の前に上部チャンバーを組み立てます。顕微鏡は、一度に単一の電気走チャンバを撮像収容することができる。各電気走室37℃で培養培地10mlを温める。 37℃の加温プレートにインキュベーターから電気走室を転送します。
    2. 未付着細胞を除去し、培養培地で細胞を洗浄します。チャンバ内の培地を400μlのままにしておきます。両方のガラススペーサの上に高真空グリースを適用するために注射器を使用してください。
    3. チャンバーをシールするために小さなカバーガラスを追加します。静かに綿棒の裏側にカバーガラスを下に押してください。綿棒と過剰メディアを拭き取ってください。
    4. ガラス表面を乾燥させ、カバーグラスとチャンバとの間の隙間をシールするために高真空グリースを塗布。グリースを広めるために金属スパチュラを使用してください。インナー貯水池への培地の4ミリリットルを加え、貯水池の間に液体の流れを確認してください。
  2. 寒天を作るブリッジ
    1. 2インチ長いPVC管(16分の503 ID X 5/16 OD X 1/16ウォール)のペアをカットし、反転し、100ミリリットルのビーカーにそれらを挿入します。
    2. 200mgのバクト寒天を測定し、2%寒天ゲルを作るために10ミリリットルの培地で50mlフラスコに追加します。 30秒間電子レンジ。転送ピペットでプラスチックチューブに寒天ゲルをロードします。寒天を固化させる10分間室温で寒天橋のままにしておきます。
    3. 電気走チャンバの外側のリザーバへの2mlの培地を加える。電流を流すために内側と外側の媒質貯水池に寒天ブリッジを挿入します。

図3
図3:チャンバーに細胞をロケ電気走室の最終組み立てを実証するための図を。。チャンバは完全に高真空グリースでシールされている。媒体はtで添加されるOリザーバを充填すると、2つの寒天橋がチャンバ内に挿入される。その後、電気走チャンバは顕微鏡ステージに転送され、電極は電界を印加するために取り付けられている。組み立てられた電気走チャンバの側面図は、電流が寒天ブリッジとカバーガラスとの間の空間を通ってセルの上を流れることを実証するために示されている。

3.タイムラプスイメージング

  1. 前イメージングへの空気循環2時間、5%CO 2で37℃に環境室のスイッチをオンにします。
  2. 顕微鏡に切り替え、画像取得ソフトウェアを開始する。顕微鏡ステージを校正し、10倍の対物レンズを選択します。
  3. 顕微鏡ステージに電気走室を移し、テープで室を確保し、細胞に焦点を当てる。右側のカソードと外側の貯水池への電気走電極を挿入します。ワイヤーとテープで電極を固定します。
  4. パワーBOに切り替えxは、チャンバに電界を印加する。 25ミリメートル、長室(100 MV / mm)のための2.5ボルトに到達するために、チャンバ全体の電圧計で出力電圧を測定します。出力電流を調整することによって、実験中の電界強度を維持する。
  5. 10タイムラプスムービーを生成するソフトウェアでフィルムにチャンバー全体で10ポイントを選択します。 2時間10分間隔で取得条件を設定する。
  6. 撮影を開始し、必要に応じて出力電流を調整します。
  7. 実験の最後に、ステージからチャンバを除去し、95%アルコールで細胞を固定する。きれいにカミソリの刃で開放室を破ると、それを再使用しています。

電気走4.定量

  1. タイムラプス映画や再オリエント画像のトップにカソードを回転させます。細胞トラッキングソフトウェアに映画をエクスポートします。
  2. 手動で各映画( 図4のA、B)から各時点で10〜20細胞の(x、y)の位置を追跡する。南北方向の相対移動距離及び角度は、電界の同じ向きは、細胞追跡ソフトウェア( 図4C)で計算される。
    注:平均移動速度は、総移動距離と総撮影時間から変換された。方向性コサイン値に角度から変換される。細胞は、ランダムな方向性と移行する場合、ネット余弦の平均はゼロに近くなります。細胞は陰極に向かって直接移行すると、余弦値は1になります。細胞は陽極に向かって直接移動する場合は、コサイン値は-1になります。

図4
図4:細胞の画像を追跡線の細胞指向性を測定するために追跡A)オーバーレイ。細胞の(x、y)の位置はmanuaあるLLYタイムラプスムービーで追跡。 。細胞がランダムに移行する場合、平均余弦がゼロに近いB)しかし、細胞はカソードまたはアノードに向かって移動した場合、平均余弦の値が+(カソード)またはに近い- 。(陽極)1.0 C )方向性は、移行の角度(θ)から変換された余弦値、によって提示されます。コサイン(θ)は、B(電界の方向に投影距離)を遠ざける距離a(移動距離)の比に等しい。

  1. 測定結果を保存します。組み合わせた結果を計算するために、データベース·アプリケーションにデータをインポートします。
  2. 棒グラフ( 図5)をプロットするためにスプレッドシートに平均移動速度と平均余弦値の結合されたデータをエクスポートします。

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Representative Results

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前立腺細胞(PRNS-1-1とPNT2)の2行は、この方法で調査した。両方のライン中の細胞は、2時( 図5A)の過程で1.0 +/- 0.3ミクロン/分の同じような速度で移動する。しかし、電場の方向性はPNT2ライン( 図5B)のためPRNS-1-1ラインの0.7 +/- 0.3、および0.2 +/- 0.8である。結果は、それらが位置手がかりに異なる指向性応答を生じる種々の細胞シグナル伝達機構を有していることを示唆し、これら2つの細胞株に(p <0.01、100細胞を追跡した)の電気走の有意差を示す。

図5
図5:前立腺細胞の電気走。細胞が電界に曝された場合A)PRNS-1-1とPNT2ラインの移動速度が類似している。PNT2ライン電界に低い指向性(コサイン= 0.2)を示しながらB)ただし、PRNS-1-1ラインは、陰極に向かって高指向性(コサイン= 0.7)を示した。

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Discussion

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セルの電気走応答の分析は、多くの細胞の遊走又は増殖27,28を処理するための重要な機能の指標となっている。ここでは二つの前立腺細胞株をフィルムにガラス表面にカスタムメイドのチャンバーを用いる。これらの細胞株は、電気走の異なる程度を実証し、我々は、細胞内局在または電気走媒介タンパク質の活性化は、電気走応答において観察された差が生じる、不死化細胞株を生成するプロセスの間に干渉されるかもしれないと推測している。

培養皿27,28で作ら他の電気走室の設計に比べて、現在の設計にはいくつかの利点がある。まず、ガラス表面は、イメージングのために適しており、細胞を有するカバーガラスを、免疫染色のために電気走後に取り出すことができる。本研究では、セルのグループを監視するために10倍の対物レンズの低倍率を使用する。しかし、THESとeはガラス光学素子の改善には、セル17の前縁にラメリポディアの高速伸縮を追跡する、または蛍光タンパク質で標識した細胞を追跡するために、60倍のオイル対物を有する高倍率での単一細胞を撮影することが可能である。第二に、ガラス表面はマトリックスタンパク質コーティング10で修飾された12またはマイクロチャネルでパターン化することができる。化学的処理は、29を撮影する前に、細胞を処理する前ことも可能である。マトリックスコーティングは、ここで使用される前立腺細胞株に必要とされず、マトリックスコーティングは、細胞型依存性である。例えば、コラーゲンIコーティングはヒトケラチノサイト30の電気走のために必要であるが、ラミニンコーティングは、ヒト神経幹細胞31の電気走のために必要とされる。我々は、コラーゲンI、コラーゲンIV、フィブロネクチン、およびラミニンにヒトケラチノサイト電気走を試験した。別のマトリックスタンパク質は、細胞遊走の速度を変更したが、正極migratiを変化させなかった電気走29で上。第三に、修正された白金電極は、電場に不活性である。電気走で細胞毒性を減少させる、他の電気走法27で使用されるように銀電極と比較すると、彼らは分解しないか、メディアに金属イオンを放出。第四に、私たちは私たちが高速または低速のどちらか細胞移動を監視するために役立つフレームキャプチャ、間隔を変更することがあります。電動顕微鏡は、一チャンバー内で異なる領域から複数のムービーを獲得する機会を提供する。印加電界なしの対照実験は、電界が細胞の移動速度を変化させるか否かを決定するために重要である。

しかし、現在の電気走チャンバはリザーバ内の媒体の小容量に起因するまで4時間撮影細胞の移動に制限されている。チャンバ設計の拡大版では、より長い期間のために細胞を撮影することが可能である。

ve_content ">方法のいくつかの潜在的な問題が含まれます:。彼らは乾燥になった場合に室(400μL)中の培地の非常に小さなボリュームがあるので1)細胞はチャンバアセンブリの間に死ぬかもしれない、それは空気をトラップ避けることが重要であるチャンバー内の気泡や細胞すすぎ工程の間に細胞をカバーするいくつかの液体を保持する。2)チャンバは、チャンバを通過する電流を減少させるであろう、撮像中に漏れ出す可能性があります。それは前にチャンバ内の液体の流れを注意深くチェックする必要があります顕微鏡ステージに移し、必要に応じて、より高真空グリースを適用した。3)汚れ、高真空グリースが撮影を妨害する可能性がある。ガラス表面はグリースを除去し、95%アルコールで洗浄することができる。4)ステージのドリフトまたは上のチャンバの任意の変位電動顕微鏡ステージは、バイアス方向性のある移動の測定ができた。したがって、適切な段階ホルダーとラベル付けテープで電気走室を確保することが重要である。

ntentは ">全体的に、電気走法はさらに生物における方向の移行を理解するために私たちを助けるもの、印加された電界における運動性の細胞の本質的な方向性を明らかにすることは有用である。

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Acknowledgments

前立腺細胞株は、親切にがんセンター、カリフォルニア大学デ​​ービス校で博士陵王瑜博士興-寺院カンフーによって提供されます。このプロジェクトは、NIH電気走助成4R33AI080604によってサポートされています。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Cells
pRNS-1-1 prostate cells Lee, et al. (1994)
PNT2 prostate cells Sigma-Aldrich 95012613-1VL Berthon, et al. (1995)
Medium and solutions
RPMI 1640 medium  Invitrogen 11875-093 warm up to 37 °C before use
Fetal Bovine Serum - Premium Atlanta Biologicals S11150 10% in PBS, warm up to 37 °C before use
Antibiotic-Antimycotic (100x) Life Technologies 15240 add 5 ml to 500 ml medium
2-propanol VWR BDH1133-5GL
PBS - - 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 4.3 mM Na2HPO4 and 1.5 mM KH2PO4 in 1,000 ml of H2O, pH to 7.4 and autoclaved, warm up to 37 °C before use
0.25% Trypsin-EDTA  Invitrogen 25200-056 warm up to 37 °C before use, treat cells for 3-5 min at 37 °C
Galvanotaxis device
Galvanotaxis chambers Precision Plastics Inc, CA Custom-designed (1/4" x 2" x 3.5"), non-toxic, clear PVC chambers. Please contact the authors for the design specs.
Galvanotaxis electrodes UCD electric shop platinum coiled electrodes with flexable cords
Galvanotaxis power box Substrate Engineering, CA custom-designed DC power output with voltmeter
Microscope Cover Glass, Large, 45 x 50 mm, No. 1.5 Fisher 12-544-F
Microscope Cover Glass, small, 25 x 25 mm, No. 1 ThermoScientific 3307
Diamond point marker ThermoScientific 750
Marine grade silicon sealer, clear 3M 051135-08019
High vacuum grease Dow Corning 2021846-0807
6 ml syringe Fisher Scientific 05-561-64
Nichiryo Syringe, 1.5 ml Nichiryo SG-M
Cotton applicators Purtian Medical Products 806-WC
Qtips Johnson & Johnson 729389
Nalgene 180 PVC tubing  Nalgene 8000-9030 503/16 ID x 5/16 OD x 1/16 Wall
Bacto-Agar Difco 0140-01 make 2% agar solution
Razor Blade Personna 74-0001
Equipments and Software
Benchtop Centrifuge Eppendorf 5810R operated with an A-4-62 rotor
Cellometer Auto T4 Nexcelom Auto T4
Cellometer counting chambers Nexcelom CHT4-SD100-002 load 20 μl cell solutions to count
Culture Temp Warming plate Bel-Art Scienceware 370150000 to keep the galvanotaxis chambers at 37 °C 
Eclipse TE-2000 microscope with motorized stage and environmental chamber Nikon
Plan Fluor 10X/0.30 objective len Nikon
Retiga EX CCD camera  Qimaging Cooled CCD camara, mono-color, 12-bit
Compressed air with 5% CO2 Airgas special order
Volocity 6.3 PerkinElmer Image acquiring software
Improvision OpenLab 5.5.2 PerkinElmer Cell tracking software and customized to measure migration angles
FileMaker Pro Advanced, 8.0 FileMaker
Microsoft Excel 2008 for Mac Microsoft

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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前立腺細胞の方向性のある移動を研究するためにカスタム設計された電気走チェンバースを利用
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Yang, H. y., Dinh La, T., Isseroff, R. R. Utilizing Custom-designed Galvanotaxis Chambers to Study Directional Migration of Prostate Cells. J. Vis. Exp. (94), e51973, doi:10.3791/51973 (2014).More

Yang, H. y., Dinh La, T., Isseroff, R. R. Utilizing Custom-designed Galvanotaxis Chambers to Study Directional Migration of Prostate Cells. J. Vis. Exp. (94), e51973, doi:10.3791/51973 (2014).

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