A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
يصف هذا البروتوكول استخدام الكابولي السيليكون الميكروسكيل والأسطح الثقافة طيعة لقياس انقباض خلايا العضلات في المختبر. انكماش الخلوي يسبب الانحناء ناتئ، والتي يمكن قياسها، وسجلت، وتحويلها إلى قراءات للقوة، وتوفير نظام غير الغازية وقابلة للقياس وظيفة مقلص في المختبر.
ويعتمد تطوير في المختبر فحوصات أكثر التنبؤية ذات الصلة وبيولوجيا على النهوض أنظمة زراعة الخلايا تنوعا التي تسهل عملية التقييم الوظيفي للخلايا المصنفة. تحقيقا لهذه الغاية، والتكنولوجيا ناتئ الميكروسكيل تقدم منصة التي لقياس وظيفة مقلص من مجموعة من أنواع الخلايا، بما في ذلك الهيكل العظمي والقلب، وخلايا العضلات الملساء، من خلال تقييم الانكماش الناجم الركيزة الانحناء. تطبيق صفائف ناتئ المضاعفة يوفر وسيلة لتطوير بروتوكولات معتدلة إلى عالية الإنتاجية لتقييم نجاعة الأدوية وسمية، النمط الظاهري المرض والتقدم، وكذلك العصبية والعضلية وغيرها من خلية خلية التفاعلات. توفر هذه المخطوطة التفاصيل لافتعال صفائف ناتئ موثوقة لهذا الغرض، والأساليب المطلوبة لخلايا بنجاح الثقافة على هذه السطوح. ويرد وصف إضافي بشأن الخطوات اللازمة لأداء وظيفي الشرجysis من أنواع الخلايا مقلص الحفاظ على مثل هذه المصفوفات باستخدام الليزر الرواية ونظام الصور كاشف. البيانات المقدمة تمثيلية يسلط الضوء على الدقة وطبيعة استنساخه من تحليل وظيفة مقلص ممكنة باستخدام هذا النظام، فضلا عن مجموعة واسعة من الدراسات التي يمكن تطبيق هذه التكنولوجيا. اعتماد واسع النطاق الناجح لهذا النظام يمكن أن توفر المحققين مع وسائل لأداء والدراسات الوظيفية السريعة منخفضة التكلفة في المختبر، مما يؤدي إلى توقعات أكثر دقة لأداء الأنسجة، تطور المرض والاستجابة للعلاج علاجية جديدة.
The in vitro culture of muscle cells from both human and rodent sources has been possible for decades1,2. However, while standard coverslip preparations are useful for biochemical assessment, they do not facilitate analysis of the cell’s primary functional output (contractility), and therefore are of somewhat limited value as a means to assess cellular maturation and performance. In order to maximize the amount of data obtainable from such in vitro cultures, it is necessary to advance the development of systems capable of housing such cells in configurations that permit the real-time assessment of their functional performance. The establishment of a multitude of three dimensional muscle models has made some progress toward fulfilling this need, and such systems have been used in a number of publications as a means to assess the contractile capacity of cultured muscle cells in vitro3-5. While such systems are invaluable for tissue modeling and reconstruction studies, they are limited in their applicability for studies of single cell responses. In such cases where single fiber studies are necessary, complex and labor intensive ex vivo methodologies remain the only option6-10. Furthermore, current movement toward the development of complex, multi-organ platforms for drug development and screening protocols requires the establishment of systems which are non-invasive, easily scalable and which integrate readily with supporting cells and tissue models11.
Microscale cantilevers offer a simple method for assessing the functional contractile capacity of single cells/small populations of cells12,13. The technique is based on modified Atomic Force Microscopy (AFM) technology14, and uses a laser and photo-detector system to measure microscale cantilever deflection in response to cultured myotube contractile activity. Modified Stoney’s equations are then used to calculate stress in the myotube, and the force exerted by the myotube in order to generate the observed substrate deflection15. A scanning program has been written which enables simultaneous assessment of multiplexed cantilever arrays, offering potential moderate to high through-put applications for drug toxicity/efficacy studies15,16. Such technology may prove invaluable in the development of functional, pre-clinical assays for predicting drug efficacy in vivo. Furthermore, fabrication of cantilever chips in silicon does not impede post analysis processing of cells for standard biomolecular assays such as immunostaining, western blotting and PCR.
This manuscript provides detailed instructions on the fabrication and preparation of microscale silicon cantilevers, the hardware and software set-up, and the operating guidelines for assessing the functionality of contractile cells cultured on these chips. Standard cell culture techniques can be implemented for plating and maintenance of cells on these surfaces, hence any contractile cell type for which reliable culture parameters exist should be able to integrate with this device with ease. The relatively simple 2D culture parameters utilized in this system makes integration of other cell models or addition of cell types that can interact with muscle (such as innervating neurons) straight-forward, greatly increasing the applicability of this model in the development of more complex functional in vitro assays and multi-organ models of mammalian systems.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. الكابولي تصنيع رقاقة
وقدمت تفاصيل مصورة من الخطوات تلفيق مبين في الشكل 1.
الثقافة 2. خلية
3. الإعداد من الأجهزة والبرامج لتحليل الكابولي الإمالة
4. تسجيل الكابولي انحراف البيانات
5. تحليل البيانات الكابولي الإمالة
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
ثقافة ناجحة من خلايا مقلص على الكابولي هو إجراء بسيط نسبيا، وذلك باستخدام تقنيات زراعة الخلايا القياسية (الشكل 5). نسبة الكابولي دعم خلايا التعاقد سوف تختلف تبعا لنوع من الخلايا يجري بحثها وتقنية ثقافة معينة يعمل. استخدام الخلايا الجنينية الأولية المستمدة م...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
الخطوات الحاسمة في تحليل الكابولي الميكروسكيل عن أدلة على انكماش الخلوية هي وضع رقاقة ناتئ داخل المسرح المجهر، والمحاذاة لاحقة من الليزر والصور كاشف مع غيض من الكابولي الزاوية في الصفيف. إذا لم يتم ذلك بدقة، ثم لن تكون قادرة على استقراء مواقف الكابولي المتبقية في مج...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
The authors have nothing to disclose.
وقد تم تمويل هذا البحث من قبل المعهد الوطني للصحة الأرقام منحة R01NS050452 وR01EB009429. تم إجراء تصنيع رقائق ناتئ خارجيا من قبل المتعاونين في مرفق NanoFabrication يقع في جامعة كورنيل. وتقع جميع المعدات المستخدمة في عملية تصنيع ناتئ في هذا المرفق. شكر خاص لماندي إيش وجان ماتيو بروت لمساعدتهم مع ناتئ الصغيرة تلفيق. تم إنشاء الرسوم المتحركة الفيديو وظائف ناتئ من قبل تشارلز هيوز، أليكس Zelenin واريك إمبريل من مختبر الواقع الاصطناعية في UCF.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Primary rat muscle growth medium | |||
Neurobasal medium | Life Technologies | 21103-049 | |
B27 (50x) | Life Technologies | 17504044 | 1x |
Glutamax (100x) | Life Technologies | 35050061 | 1x |
G5 supplement | Life Technologies | 17503-012 | 1x |
Glial-Derived Neurotrophic Factor | Cell sciences | CRG400B | 20 ng/ml |
Brain-Derived Neurotrophic Factor | Cell sciences | CRB600B | 20 ng/ml |
Ciliary Neurotrophic Factor | Cell sciences | CRC400A | 40 ng/ml |
Neurotrophin-3 | Cell sciences | CRN500B | 20 ng/ml |
Neurotrophin-4 | Cell sciences | CRN501B | 20 ng/ml |
Acidic Fibroblast Growth Factor | Life Technologies | 13241-013 | 25 ng/ml |
Cardiotrophin-1 | Cell sciences | CRC700B | 20 ng/ml |
Heparin Sulphate | Sigma | D9809 | 100 ng/ml |
Leukemia Inhibitory Factor | Sigma | L5158 | 20 ng/ml |
Vitronectin | Sigma | V0132 | 100 ng/ml |
Primary rat muscle differentiation medium | |||
NB Activ 4 | Brain Bits LLC | NB4-500 | |
Equipment | |||
Class 2 red diode laser | Newport | ||
Photo-detector | Noah Industries | ||
Model 2100 Pulse stimulator | A-M systems | ||
Multiclamp 700B Digitizer | Axon Instruments | ||
Patch clamp microscope and stage | Olympus | ||
Delta T4 culture dish controller | Bioptechs | ||
Axoscope software | Molecular Devices | ||
LabVIEW software | National Instruments | ||
37 oC, 5% CO2 incubator | NAPCO | ||
Class 2 microbiological flow hood | Labconco | ||
Pipettes and tips | Eppendorf |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved