単一セル材料特性を決定するためのせん断アッセイプロトコル

Luke J. Holen; Killian Onwudiwe; Julian Najera; Maksym Zarodniuk; John D. Obayemi; Winston O. Soboyejo; Meenal Datta

doi:10.3791/65333

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方法論記事

単一セル材料特性を決定するためのせん断アッセイプロトコル

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DOI:

10.3791/65333

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2023年5月19日

Luke J. Holen^*¹ , Killian Onwudiwe^*¹ , Julian Najera¹ , Maksym Zarodniuk¹ , John D. Obayemi² , Winston O. Soboyejo² , Meenal Datta¹

¹Department of Aerospace and Mechanical Engineering, University of Notre Dame, ²Departments of Mechanical and Biomedical Engineering, Worcester Polytechnic Institute

^* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

このプロトコルは、 in vitroでの癌性および非癌性細胞株の機械的特性の定量化の概要を示しています。がん細胞と正常細胞の機構における保存された違いは、予後と診断に影響を与える可能性のあるバイオマーカーとして機能する可能性があります。

要約

不規則なバイオメカニクスは、広範な研究の対象となる癌生物学の特徴です。セルの機械的特性は、材料の機械的特性と似ています。ストレスやひずみに対する細胞の耐性、緩和時間、弾力性はすべて、他のタイプの細胞と比較することができる特性です。癌性(悪性)細胞と正常(非悪性)細胞の機械的特性を定量化することで、研究者はこの病気の生物物理学的基礎をさらに明らかにすることができます。がん細胞の機械的性質は、正常細胞の機械的性質とは一貫して異なることが知られているが、培養中の細胞からこれらの性質を推定する標準的な実験手順は不足している。

この論文では、流体せん断アッセイを使用して in vitro で単一細胞の機械的特性を定量化する手順の概要を説明します。このアッセイの背後にある原理は、単一の細胞に流体せん断応力を適用し、結果として生じる細胞の変形を経時的に光学的に監視することです。その後、デジタル画像相関(DIC)解析を使用して細胞の機械的特性を特徴付け、DIC解析から生成された実験データに適切な粘弾性モデルをフィッティングします。全体として、ここで概説するプロトコルは、治療が困難な癌の診断のためのより効果的で標的を絞った方法を提供することを目的としています。

概要

がん細胞と非がん細胞の生物物理学的な違いを研究することで、新しい診断および治療の機会が可能になります¹。バイオメカニクス/メカノバイオロジーの違いが腫瘍の進行と治療抵抗性にどのように寄与するかを理解することで、標的療法と早期診断の新しい道が明らかになります²。

がん細胞の機械的性質(原形質膜や核膜の粘弾性^など)は正常細胞と異なることが知られていますが3,4,5、^生細胞でこれらの性質を測定するための堅牢で再現性のある方法は不足しています⁶。せん断アッセイ法は、単一細胞を流体せん断応力にさらし、加えられた応力に対する個々の応答および抵抗を分析することにより、細胞の機械的特性を定量化するために使用されます3,4,5,7,8,9。