Zum Anzeigen dieser Inhalte ist ein JoVE-Abonnement erforderlich. Melden Sie sich an oder starten Sie Ihre kostenlose Testversion.
Method Article
In diesem Video zeigen wir die experimentelle Techniken verwendet, um konform, extrazellulären Matrix (ECM) beschichtete Substrate für Zellkulturen herzustellen, und die durchaus in Zugkraft Mikroskopie und Beobachten Auswirkungen der ECM Steifigkeit auf das Verhalten der Zelle.
Die Regulation der zellulären Adhäsion an die extrazelluläre Matrix (ECM) ist von wesentlicher Bedeutung für die Zell-Migration und ECM Umbau. Fokalen Adhäsionen sind makromolekulare Baugruppen, die Kopplung der kontraktilen F-Aktin-Zytoskelett der ECM. Diese Verbindung ermöglicht die Übertragung von intrazellulären mechanischen Kräfte durch die Zellmembran mit dem darunterliegenden Substrat. Neuere Arbeiten haben gezeigt, die mechanischen Eigenschaften der ECM regulieren fokale Adhäsion und F-Aktin-Morphologie sowie zahlreiche physiologische Prozesse, einschließlich der Zelldifferenzierung, Division, Proliferation und Migration. So hat der Einsatz von Zellkultursubstraten zu einem immer vorherrschende Methode zur präzisen Steuerung und modulieren ECM mechanischen Eigenschaften.
Zur Quantifizierung Zugkräfte an fokalen Adhäsionen in einer adhärenten Zelle, entsprechen Substraten in Verbindung mit hochauflösenden Bildgebung und rechnergestützte Techniken in einem Verfahren genannt Traction Force Mikroskopie (TFM) verwendet. Diese Technik beruht auf Messungen der lokalen Größe und Richtung der Substrat Verformungen durch zelluläre Kontraktion induziert. In Kombination mit hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie von fluoreszenzmarkierten Proteinen ist es möglich, Zytoskelett-Organisation und Umbau mit Zugkräften zu korrelieren.
Hier präsentieren wir Ihnen ein ausführliches Versuchsprotokoll für die Herstellung von zweidimensionalen, konforme Matrizen für die Zwecke der Schaffung einer Zellkultur Substrat mit einem gut charakterisierten, abstimmbaren mechanische Steifigkeit, die für die Messung zellulärer Kontraktion ist. Diese Protokolle umfassen die Herstellung von Polyacrylamid-Hydrogele, Beschichtung von ECM-Proteine auf solche Gele, Plattieren Zellen auf Gele und hochauflösenden konfokalen Mikroskopie mit einem Perfusionskammer. Darüber hinaus bieten wir eine repräsentative Stichprobe von Daten, die zeigen Lage und das Ausmaß der zellulären Kräfte mit angeführt TFM-Protokolle.
1. Die Aktivierung der Oberfläche Deckglas
2. Vorbereitung von Polyacrylamid (PAA)-Gel
3. Coupling extrazellulären Matrix (ECM)-Proteine an die PAA-Gel
Drei verschiedene Methoden verwendet, um ECM-Protein entweder Wert auf die Oberseite des PAA-Gel (3,1 und 3,2) oder die Aufnahme ECM-Protein im Gel Volumen (3,3) werden. Hier diskutieren wir die Kopplung von Fibronectin zu PAA-Gele in einer Oberfläche Ligandendichte das entspricht der Menge an Glas nach Inkubation adsorbiert mit 10 pg / mL Fibronektin-Lösung für 1 Stunde ist das Ergebnis. Überlegungen für die Wahl einer Methode sind in der Diskussion erläutert.
Diese Schritte werden durchgeführt, nachdem die Zellen haben es bereits auf ECM-beschichteten Substrat-Gel (~ 6-12 Uhr) zu verbreiten. Zur Montage der konfokalen Imaging-Kammer (RC-30WA), ist es sinnvoll, die Warner Instruments Website zu Rate ziehen.
Repräsentative Ergebnisse:
Das obige Protokoll beschreibt die experimentellen Verfahren zur Herstellung konform PAA-Gele zur Untersuchung von Zell Kontraktilität und ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Gel-Oberfläche mit diesem Protokoll erhalten ist relativ flach und glatt, mit fluoreszierenden Beads gleichmäßig eingebettet sind (Abbildung 2A).
Wenn die Messung Gel Kontraktion an der Stelle des fokalen Adhäsionen, die Abbildung der Zelle (Abb. 3a) und Gel-Oberfläche (Abbildung 3B) sollte bei der konfokalen optischen Ebene der fokalen Adhäsionen durchgeführt werden. Die Kontraktion eines Gels kann durch Verschieben der embedded fluoreszierende Kügelchen (Abbildung 3B) visualisiert an der Gel-Oberfläche, wenn die Zellen adhärent (angespannte) versus freistehende (spannungsfreie) sind. Der Einsatz von Computer-Algorithmen können Ertrag Traktion betont mit Sicke Verschiebung und entsprechende Elastizitätsmodul des Gels (Abb. 3C und 3D) (Sabass et al., 2008) verbunden. Wenn Bildgebung erfolgt tiefer in das Gel, dann bead Verschiebungen werden kleiner und nicht repräsentativ für Zugkräfte an fokalen Adhäsionen ausgeübt.
Abbildung 1. Schematische Darstellung des experimentellen Aufbaus. Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, kompatible Matrizen für die Zwecke des Studiums zellulären Kontraktion zu erzeugen. Der erste Schritt der experimentellen Verfahrens ist es, Deckgläser von amino-silane/glutaraldehyde Behandlung zum Zwecke der Verankerung polymerisierten Gels zu aktivieren. Der zweite Schritt ist, um ein Polyacrylamidgel polymerisieren, enthält fluoreszierende Kügelchen, auf die aktivierte Deckglas. Der dritte Schritt beinhaltet die chemische Vernetzung der extrazellulären Liganden an der Oberfläche der Polyacrylamidgel mit einem der drei Kopplungstechniken in Schritt 3 aufgeführt. Die Zellen werden dann auf das Gel überzogen und erlaubt zu haften und zu verbreiten. Unter aktiven zellulären Kontraktion verdrängen Perlen in das Gel eingebettet.
Abbildung 2. Optical konfokalen Scheibe Oberseite PAA-Gel, wie visualisiert (A.) fluoreszierende 40nm Perlen im Gel eingebettet und (B) Fibronektin Immunfluoreszenz.
Abbildung 3. Repräsentatives Ergebnis für eine Zugkraft Experiment. (A.) fokalen Adhäsionen in einer menschlichen Osteosarkom U2OS Zelle marked von GFP-Paxillin und (B) Positionen der fluoreszierende Kügelchen in die PAA-Gel zugrunde liegenden fokalen Adhäsionen in der angespannten (grün) und ungedehnten (rot) Staaten eingebettet. Die Pfeile zeigen die Beispiele von bead Verschiebung. (C) Traction Spannungsvektoren und (D.) entsprechende Wärme-Karte im Maßstab von Traktion Spannungen aus der Kontraktion des Gels abgeleitet, mit Computer-Algorithmen (Sabass et al., 2008). Balken = 5 um.
Tabelle 1:
Beispiel Lager-und Arbeitsbedingungen PAA-Lösungen (Data in Tabelle 1 wurde erstmals von Yeung et. Al. Und unabhängig in unserem Labor bestätigt werden.)
Lager PAA-Lösung | ||||
Schubmodul der PAA-Gel (Pa) | 230 | 2833 | 8640 | 16344 |
40% Acrylamid (ml) | 1,25 | 3,12 | 2,34 | 2,50 |
2% Bisacrylamid (ml) | 0,50 | 0,83 | 1,88 | 0,60 |
Wasser (ml) | 3,25 | 1,04 | 0,78 | 1. 90 |
Gesamtvolumen (ml): | 5 | 5 | 5 | 5 |
Working PAA-Lösung | ||||
Stammlösung verwendet (Pa) | 230 | 2833 | 8640 | 16344 |
Stammlösung Volume (ul) | 150 | 150 | 200 | 300 |
Water (ul) | 341,75 | 341,75 | 291,75 | 191,75 |
Perlen (ul) | 5 | 5 | 5 | 5 |
TEMED (ul) | 0,75 | 0,75 | 0,75 | 0,75 |
10% APS (ul) | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 |
Gesamtvolumen (ul): | 500 | 500 | 500 | 500 |
Finale Acrylamid% | 3 | 7,5 | 7,5 | 12 |
Abschließende Bis-Acrylamid% | 0,06 | 0,1 | 0,3 | 0,15 |
Tabelle 2:
Schubmodul der PAA Substrate verschiedener letzten Acrylamid und Bisacrylamid Prozentsätze
12% Acrylamid | 7,5% Acrylamid | |||
% Bis-Acrylamid | Schubmodul (Pa) | % Bis-Acrylamid | Schubmodul (Pa) | |
0,145 | 16344 | 0,01 | 689 | |
0,28 | 30067 | 0,03 | 1535 | |
0,45 | 34263 | 0,05 | 2286 | |
0,55 | 42375 | 0,075 | 2833 | |
0,575 | 50873 | 0,1 | 4069 | |
0,6 | 55293 | 0,2 | 5356 | |
0,3 | 8640 | |||
5% Acrylamid | 3% Acrylamid | |||
% Bis-Acrylamid | Schubmodul (Pa) | % Bis-Acrylamid | Schubmodul (Pa) | |
0,05 | 430 | 0,02 | 1,3 | |
0,075 | 600 | 0,04 | 54 | |
0,1 | 1431 |
Das hier beschriebene Verfahren für den Aufbau einer Zugkraft-Mikroskopie (TFM) Experiment, zusammen mit der Umsetzung der Computational Tracking-Routinen (Sabass et al., 2008), ermöglicht die Quantifizierung von zellulären Kräfte mit Mikrometer-Skala räumlicher Auflösung. Zur Optimierung der experimentellen Protokoll, ist es entscheidend, eine reine und gleichmäßige Gelsubstrat mit gleichmäßigen Beschichtung von ECM-Liganden zu bilden. Wir diskutieren mögliche Fallstricke unter:
Wir danken dem Labor von Ulrich Schwarz für Computational Tracking-Software in die Quantifizierung von zellulären Zugkräfte (Sabass et al., 2008) verwendet. Diese Arbeit wurde durch ein Burroughs Wellcome Career Award und NIH Director der Pioneer Award (DP10D00354) zu ML Gardel und Medical Scientist National Research Service Award (5 T32 GM07281) auf SP Winter unterstützt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3-aminopropyltrimethyoxysilane | Aldrich | 28, 177-8 | |
40% Acrylamide | Bio-Rad | 161-0140 | |
2% Bis-acrylamide | Fisher Scientific | BP1404 | |
TEMED | Fisher Scientific | BP 150-20 | |
Ammonium persulfate | Fisher Scientific | BP179 | |
40nm fluorescent micro-spheres | Invitrogen | F8789 | |
Sulfo-SANPAH | Pierce, Thermo Scientific | 22589 | |
Confocal imaging chamber (RC-30) | Warner Instruments | 64-0320 | |
Coverslip spinner | Home made | NA | |
Ultraviolet lamp CL1000 | UVP Inc. | 95-0228-01 | |
Stainless steel rack | Electron Microscopy Sciences | 72239-04 | |
acryloyl-X, SE (6-((acryloyl)amino)hexanoic acid) | Invitrogen | A-20770 | |
Hydrazine hydrate | Sigma-Aldrich | 225819 | |
Sodium meta-periodate | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 20504 | |
Isopropanol | Fisher Scientific | A416-4 | |
Fibronectin | Sigma-Aldrich | F2006 | |
Collagen | BD Biosciences | 354236 | |
Coverslips (#1.5) | Corning | 2940‐224 | |
Glutaraldehyde | Electron Microscopy Sciences | 16120 | |
Rain-X | SOPUS Products | www.rainx.com | |
Acetic Acid | Acros Organics | 64-19-7 |
Genehmigung beantragen, um den Text oder die Abbildungen dieses JoVE-Artikels zu verwenden
Genehmigung beantragenThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Alle Rechte vorbehalten