This work was funded by a National Health and Medical Research Council (NHMRC) Project Grant 568721 (SRT) and, in part, by a UNSW Faculty of Medicine Faculty Research Grant (MDR).

1. Allgemeine Endothelial Cell Culture <ol><li> Kultur Endothelzellen der Rinderaorta (Gänge 4-9) auf Gelatine-beschichteten Gewebekulturflaschen (coat-Zellkulturoberfläche mit 0,1% w / v Gelatine in PBS bei RT für 15 min) in EGM-2-Medien (mit dem EGM-2 kugel Kit, enthaltend 5% fötales Rinderserum, Wachstumsfaktoren und alle Ergänzungen durch den Hersteller zur Verfügung gestellt, mit Ausnahme von Hydrocortison). </li><li> Wenn die Zellen nahezu konfluent (ca. 3 Tage nach der Aussaat nach einer 1: 4-split), Ernten der Zellen durch Behandlung mit 0,05% w / v Trypsin / 0,02% w / v EDTA in PBS bei 37 ° C. Nachdem der Großteil der Zellen gelöst, fügen komplette EGM-2-Medien, um das Trypsin und dann Zentrifuge (100 · g, 5 min) zu löschen. </li><li> Vorbereitung der Zellen für Untersuchungen über die de novo Adhäsion von endothelialen Zellen an Fibronektin (Experiment 1: Teil 2) und der anschließenden de-Adhäsion von Endothelzellen mit etablierten Haftung auf diesem Substrat (Experiment 2: Abschnitt 3). <ol><li> Waschen geerntetZellen wurden einmal mit serumfreiem Medium 199, das 1% w / v Rinderserumalbumin (BSA) und Re-Zentrifuge (100 × g, 5 min). </li><li> Resuspendieren Zellen in serumfreiem Medium 199, das 1% w / v BSA auf 2,5 x 10 5 Zellen / ml (Zell-Substrat-Impedanzmessungen) oder 5 × 10 5 Zellen / ml (Abbildung lebender Zellen analysiert) und Aufrechterhaltung bei 37 ° C vor der Verwendung. HINWEIS: Die Haft Antworten von Zellen sehr empfindlich auf Temperaturunterschiede (beispielsweise aufgrund von Konvektion Effekte), so dass alle Geräte und Lösungen verwendet werden, um während der folgenden Protokolle verarbeiten und zu behandeln Zellen sollten bei einer konstanten Temperatur von 37 ° C gehalten werden. </li></ol></li></ol> 2. Experiment 1: Quantifizierung De Novo Endothelzelladhäsion auf Einheimische und MPO-oxidiert Fibronectin (Zell-Substrat-Impedanz) HINWEIS: Experiment 1 untersucht, in welchem ​​Maße MPO-vermittelten Oxidation von Fibronektin beeinträchtigt ihre Fähigkeit zur Unterstützung de novo </em&gt; Haftung ausgesetzt Endothelzellen. <ol><li> Coat Fibronektin auf 96-Loch-Gold Zell-Substrat-Impedanz Mikroelektroden-Arrays. In 80 ul / Vertiefung gereinigtes Rinder Fibronektin bei 5 ug / ml in PBS, Inkubation für 2 Stunden bei 37 ° C, und entfernen Sie die Lösung. </li><li> Inkubieren Fibronektin-beschichteten Oberflächen mit MPO die Bindung von MPO an die Oberfläche gebundenen Fibronectin ermöglichen. Werden 80 ul / Vertiefung von gereinigtem humanen neutrophilen MPO bei 20 nM in Hanks ausgewogener Salzlösung (HBSS) und Inkubation für 0,5 h bei 37 ° C. </li><li> Wash Oberflächen zweimal mit HBSS um ungebundenes MPO entfernen. </li><li> Hinzufügen H 2 O 2 (0-10 uM Endkonzentration) zu den Vertiefungen der Mikroelektroden-Array-Platte, die 80 &amp; mgr; l / Vertiefung HBSS einzuleiten MPO-katalysierte, HOCl-abhängigen Fibronektin Oxidation und Inkubation für weitere 0,5 h bei 37 ° C. </li><li> Um die Wirkung der entsprechenden Inhibitoren oder Modulatoren der MPO-katalysierten Reaktionen (zB alternative MPO-Enzym zu untersuchenSubstrate, Enzyminhibitoren oder Antioxidationsmitteln; siehe 9 für Details), fügen Sie diese dem HBSS unmittelbar vor der H 2 O 2 hinaus. </li><li> Nach 0,5 Stunden, behandeln Oberflächen mit Methionin an Restoberflächengebundenen oxidierenden Spezies auslöschen, dh reaktives Protein-gebundenen Chloramine, die verwirrende Zellaktivitäten ausüben kann. Zugabe von 10 mM Methionin in 80 ul HBSS pro Vertiefung und Inkubation für 10 min bei 37 ° C. </li><li> Block-Oberflächen mit BSA. In 80 ul / Vertiefung BSA bei 0,2% w / v in PBS, Inkubation für 2 Stunden bei 37 ° C, und entfernen Sie die Lösung. HINWEIS: Residual unbeschichteten Oberfläche Regionen Zelladhäsion unterstützen und die Blockierung dieser mit einem nicht-klebenden Proteins (dh BSA) wird sichergestellt, dass die zelluläre Adhäsion Antworten strikt abhängig von der gereinigten Zellklebenden Matrix verwendet, in diesem Fall Fibronektin. </li><li> Wash Oberflächen zweimal mit HBSS. HINWEIS: Keine der vorstehenden Oberflächenbehandlungen spürbar beeinträchtigt Zell-Substrat-readings. </li><li> Seed ausgesetzt Endothelzellen (mit 200 ul / Vertiefung bei ca. 2,5 x 10 5 Zellen / ml in serumfreiem Medium 199, das 1% BSA, siehe 1.3) auf die native oder MPO-oxidiert Fibronektin beschichteten Oberflächen. </li><li> Unmittelbar nach der Aussaat Zellen (dh vor jeder Zellhaftung und Verbreitung), montieren Sie die Mikroelektroden-Array Platte auf den Inkubator-Anschluss (in einem 37 ° C Inkubator in Gegenwart von 5% CO 2 untergebracht). <ol><li> Mit dem Geräte-Software sofort ein &#39;blank&#39; lesen, um nachfolgende Zell-Substrat-Impedanz (&quot;Zell Index&quot;) zu den ursprünglichen Hintergrundwerte in der Abwesenheit von Zell-Adhäsion erhalten normalisieren Werte. </li><li> Initiieren Erwerb von kontinuierlichen Zellindexdaten (mindestens eine Zelle Index Lesen / min). </li></ol></li><li> Zellen bei 37 ° C und 5% CO 2 inkubieren 2 Stunden, eine Zeit, während der maximale Zellhaftung und Ausbreitung erzielt wird; dies wird durch reflektierteseine Plateaubildung der Zellenindex-Werte (siehe Figur 3A). HINWEIS: Die vorhergehenden Versuch (Versuch 1) untersucht, wie anfängliche MPO-vermittelten Oxidation von Fibronektin schränkt die Fähigkeit von Endothelzellen an der Zelladhäsion auf diesem Substrat herzustellen. Das folgende Experiment (Experiment 2) untersucht, wie MPO-vermittelte Oxidation Fibronektin fördert Abnahmen Zellmatrixadhäsion (dh Enthaftung) in Endothelzellen mit etablierten Haftung auf diesem Substrat. Die Behandlungen in diesen beiden Versuchen sind im wesentlichen identisch, mit Ausnahme des Zeitpunkts der MPO-vermittelte Fibronektin Oxidation (dh vor der Zelladhäsion - Experiment 1; nach Zelladhäsion - Experiment 2). </li></ol> 3. Versuch 2: Quantifizierung Endothelzellen De-Adhäsion von Fibronektin in Reaktion auf MPO-vermittelte Oxidation Fibronektin (Cell-Substrat-Impedanz und Live Cell Imaging) <ol><li> Coat Fibronektin auf 96-Loch-Goldmikroelektrode einrrays für Zell-Substrat-Impedanzmessungen (Add 80 ul / Vertiefung von Fibronektin an 5 ug / ml in PBS und Inkubation für 2 Stunden bei 37 ° C) oder 35 mm Glasboden-Zellkulturschalen für Live Cell Imaging Analysen (2 ml / Schale von Fibronektin bei 5 ug / ml in PBS und Inkubation für 2 h bei 37 ° C). </li><li> Block-Oberflächen mit BSA. Fügen BSA bei 0,2% w / v in PBS an den in 3.1 angegebenen Mengen und Inkubation für 2 Stunden bei 37 ° C. </li><li> Inkubieren Oberflächen mit MPO die Bindung von MPO an Fibronektin zu ermöglichen. In 20 nM gereinigtem menschlichen MPO in HBSS auf die in 3.1 angegebenen Mengen und Inkubation für 0,5 Stunden bei 37 ° C. </li><li> Wash Oberflächen zweimal mit HBSS um ungebundenes MPO entfernen. </li><li> Seed ausgesetzt Endothelzellen (in Serum-freiem Medium 199, das 1% w / v BSA; siehe 1.3) auf die native oder MPO tragenden Fibronektin beschichteten Oberflächen. <ol><li> Nach Zugabe von 200 ul / Vertiefung 2,5 x 10 5 Zellen / ml auf 96 Loch-Zellsubstrat Impedanz Mikroelektrodenarrays. </li> &lt;li&gt; 2 ml / Schale bei 5 x 10 5 Zellen / ml bis 35 mm Glasboden-Zellkulturschalen. </li></ol></li><li> Unmittelbar nach der Saat Zellen (dh vor jeder Zellhaftung und Ausbreitung): <ol><li> Berg 96-Loch-Mikroelektroden-Array-Platten auf die Zell-Substrat-Impedanz-Inkubator-Anschluss (in einem 37 ° C Inkubator in Gegenwart von 5% CO 2 untergebracht) und nehmen &#39;blank&#39; Lesungen die kontinuierliche Erfassung von Zellindexdaten (siehe Abschnitt 2.10 zu starten ). </li><li> Übertragungs 35 mm Glasboden-Zellkulturschalen zu einem 37 ° C Inkubator in Gegenwart von 5% CO 2. </li></ol></li><li> Zellen bei 37 ° C für 2 Stunden, um eine maximale Zellhaftung und die Verbreitung (siehe Abschnitt 2.11) zu ermöglichen. </li><li> Kurz Entfernen Sie die 96-Loch-Mikroelektroden-Array Platte (Pause Zell Index Lesungen an dieser Stelle) oder 35 mm Glasbodenzellkulturschale aus dem 37 ° C-Inkubator, Zellüberstand zu entfernen und fügen wärmten (37 ° C) HBSS (Volumina per Schritt 3.1). HINWEIS: HBSS verwendet wird, wenn das Studium MPO-katalysierte oxidative Reaktionen statt komplette Kulturmedien wie letztere enthält oxidierbare Spezies, die mit den Oxidationsreaktionen stören. </li><li> Um die Wirkung von Inhibitoren zu untersuchen / Modulatoren der MPO-katalysierte Reaktionen (alternative Enzymsubstrate, Enzyminhibitoren oder Antioxidantien) oder Zell-Signal-Hemmer (zB 40 uM blebbistatin zu Actomyosin Kontraktilität hemmen), hängen Sie diese jetzt. </li><li> Sofort legen Sie die Mikroelektroden-Array Platte zurück in die 37 ° C-Inkubator-Port (neu beginnen Zelle Index Lesungen zu diesem Zeitpunkt) oder das 35-mm-Glasbodenzellkulturschale zurück in die 37 ° C-Inkubator, und damit die Zellen in das Gleichgewicht HBSS 0,5 Stunden. HINWEIS: Nach 0,5 Stunden Äquilibrierung in HBSS, stabilisieren Zellindexwerte bei etwas niedrigeren Werten; wenn Vorinkubieren Zellen mit Enzymsubstraten, und Zell-Signalschutzmittel oder Antioxidantien, zunächst sicherstellen, dass die tiese keine signifikanten Auswirkungen auf die nach der Gleichgewichtseinstellung erhaltenen Werte. </li><li> Initiieren MPO-katalysierte, HOCl abhängige Fibronektin Oxidation und De-Haftung. <ol><li> Für Zellimpedanz-Studien mit 96-Loch-Mikroelektroden-Array-Platten: <ol><li> Entfernen Sie die Mikroelektroden-Array Platte aus dem Inkubator und Pause Zellindex-Messungen. </li><li> Hinzufügen H 2 O 2 (Endkonzentration von 0-10 &amp; mgr; M) zu der HBSS und vorsichtig durch wiederholtes Pipettieren. </li><li> Sofort wieder montieren Mikroelektroden-Array zurück auf die 37 ° C-Inkubator-Port und neu beginnen die Übernahme von Zellindexwerte. </li></ol></li><li> Für Live Cell Imaging-Studien mit 35 mm Glasbodenzellkulturschale: <ol><li> Entfernen Sie die Kulturschale aus dem Inkubator und montieren auf eine 37 ° C erhitzt Bühne eines invertierten konfokalen Mikroskop mit 63X Wasser Objektiv mit geeigneten DIC-Optik für die Aufzeichnung von Live Cell Filme. </li><li> Konzentrieren Sie sich auf Zellen undOptimierung der DIC-Optik (Köhler-Beleuchtung, Bias Retardierung und Kamera Versatz / Verstärkung; Details siehe 13). </li><li> Initiieren DIC Film und notieren Ausgangswerte von unbehandelten Zellen für 1 min. </li><li> Hinzufügen H 2 O 2 (Endkonzentration von 0-10 uM) und vorsichtig durch wiederholtes Pipettieren. Re-Fokussierung des Mikroskops (falls erforderlich) und die Aufnahme fortzusetzen DIC Filme der behandelten Zellen für den erforderlichen Zeitraum. </li></ol></li></ol></li></ol> 4. Datenanalyse und Präsentation <ol><li> Zell-Substrat-Impedanzdaten <ol><li> Export Rohdaten (Zellenindex als Funktion der Zeit) in eine Tabellenkalkulation. </li><li> Für Zell Enthaftung Studien (Experiment 2: Abschnitt 3) normalisieren Daten durch Setzen auf die Einleitung des MPO-vermittelte Fibronektin Oxidations aufgezeichnet unmittelbar vor Werte auf einen Wert von 1 (dh, unmittelbar vor der Zugabe von H 2 O 2 in 3,11 .1.1). ANMERKUNG: Dies stellt sicher, dass die relativenVeränderungen in der Zellindexwerte von MPO-vermittelte Fibronektin Oxidation hervorgerufen werden durch kleine anfängliche Unterschiede in absoluten Zellindexwerte zwischen Brunnen maskiert. <ol><li> Vorliegenden Daten als Grund normierte Zellenzahl (y-Achse) gegen die Zeit (x-Achse). </li></ol></li></ol></li><li> Live Cell Imaging-Daten (Zelle de-Haft Studien in Versuch 2: Abschnitt 3) <ol><li> Öffnen DIC Live Cell Imaging Filme unmittelbar vor und nach dem Beginn der MPO-vermittelte Fibronektin Oxidation in einem Standard-Bildanalyseprogramm (zB ImageJ Software) aufgezeichnet. </li><li> In mindestens zwei getrennten DIC Filme auswählen zufällig mehrere Zellen und messen ihre projizierte Fläche in aufeinanderfolgenden Rahmen (zB bei 1-Minuten-Intervallen) durch ihre Membranrand manuell Verfolgung und indem die Anzahl der eingeschlossenen Bildpunkten. </li><li> Export Rohdaten (projizierte Zellfläche als Funktion der Zeit), um eine Excel-Tabelle und normalisieren Zellenbereich Daten, indem Sie Werte aufgezeichnet unmittelbar vordie Initiierung der MPO-vermittelte Fibronektin Oxidation auf einem Wert von 1 (dh, unmittelbar vor der Zugabe von H 2 O 2 in 3.11.2.3). </li><li> Vorliegenden Daten als eine graphische Darstellung der normalisierten Zellenbereich (y-Achse) gegen die Zeit (x-Achse). </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Wu, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endothelial+focal+adhesions+and+barrier+function.">Endothelial focal adhesions and barrier function.</a> J Physiol. 569, 359-366 (2005).</li><li>Geiger, B., Yamada, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+architecture+and+function+of+matrix+adhesions.">Molecular architecture and function of matrix adhesions.</a> Cold Spring Harb Perspect Biol. 3, (2011).</li><li>Rees, M. D., Kennett, E. C., Whitelock, J. M., Davies, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxidative+damage+to+extracellular+matrix+and+its+role+in+human+pathologies.">Oxidative damage to extracellular matrix and its role in human pathologies.</a> Free Radic Biol Med. 44, 1973-2001 (2008).</li><li>Cox, T. R., Erler, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remodeling+and+homeostasis+of+the+extracellular+matrix:+implications+for+fibrotic+diseases+and+cancer.">Remodeling and homeostasis of the extracellular matrix: implications for fibrotic diseases and cancer.</a> Dis Model Mech. 4, 165-178 (2011).</li><li>Baldus, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endothelial+transcytosis+of+myeloperoxidase+confers+specificity+to+vascular+ECM+proteins+as+targets+of+tyrosine+nitration.">Endothelial transcytosis of myeloperoxidase confers specificity to vascular ECM proteins as targets of tyrosine nitration.</a> J Clin Invest. 108, 1759-1770 (2001).</li><li>Baldus, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+mapping+of+pulmonary+and+vascular+nitrotyrosine+reveals+the+pivotal+role+of+myeloperoxidase+as+a+catalyst+for+tyrosine+nitration+in+inflammatory+diseases.">Spatial mapping of pulmonary and vascular nitrotyrosine reveals the pivotal role of myeloperoxidase as a catalyst for tyrosine nitration in inflammatory diseases.</a> Free Radic Biol Med. 33, 1010-1019 (2002).</li><li>Thomas, S. R., Witting, P. K., Drummond, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Redox+control+of+endothelial+function+and+dysfunction:+molecular+mechanisms+and+therapeutic+opportunities.">Redox control of endothelial function and dysfunction: molecular mechanisms and therapeutic opportunities.</a> Antioxid Redox Signal. 10, 1713-1765 (2008).</li><li>Rees, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Myeloperoxidase-derived+oxidants+selectively+disrupt+the+protein+core+of+the+heparan+sulfate+proteoglycan+perlecan.">Myeloperoxidase-derived oxidants selectively disrupt the protein core of the heparan sulfate proteoglycan perlecan.</a> Matrix Biol. 29, 63-73 (2010).</li><li>Rees, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+subendothelial+matrix+oxidation+by+myeloperoxidase+triggers+myosin+II-dependent+de-adhesion+and+alters+signaling+in+endothelial+cells.">Targeted subendothelial matrix oxidation by myeloperoxidase triggers myosin II-dependent de-adhesion and alters signaling in endothelial cells.</a> Free Radic Biol Med. 53, 2344-2356 (2012).</li><li>Solly, K., Wang, X., Xu, X., Strulovici, B., Zheng, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+real-time+cell+electronic+sensing+(RT-CES)+technology+to+cell-based+assays.">Application of real-time cell electronic sensing (RT-CES) technology to cell-based assays.</a> Assay Drug Dev Technol. 2, 363-372 (2004).</li><li>Giaever, I., Keese, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micromotion+of+mammalian+cells+measured+electrically.">Micromotion of mammalian cells measured electrically.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 88, 7896-7900 (1991).</li><li>Vissers, M. C., Thomas, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypochlorous+acid+disrupts+the+adhesive+properties+of+subendothelial+matrix.">Hypochlorous acid disrupts the adhesive properties of subendothelial matrix.</a> Free Radic Biol Med. 23, 401-411 (1997).</li><li>Ziv, N. E., Schiller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+Interference+Contrast+(DIC)+Imaging+of+Living+Cells.">Differential Interference Contrast (DIC) Imaging of Living Cells.</a> CSH Protoc. 2007, (2007).</li><li>Kennett, E. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peroxynitrite+modifies+the+structure+and+function+of+the+extracellular+matrix+proteoglycan+perlecan+by+reaction+with+both+the+protein+core+and+the+heparan+sulfate+chains.">Peroxynitrite modifies the structure and function of the extracellular matrix proteoglycan perlecan by reaction with both the protein core and the heparan sulfate chains.</a> Free Radic Biol Med. 49, 282-293 (2010).</li><li>Sen, S., Ng, W. P., Kumar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contractility+dominates+adhesive+ligand+density+in+regulating+cellular+de-adhesion+and+retraction+kinetics.">Contractility dominates adhesive ligand density in regulating cellular de-adhesion and retraction kinetics.</a> Ann Biomed Eng. 39, 1163-1173 (2011).</li><li>Wildt, B., Wirtz, D., Searson, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Programmed+subcellular+release+for+studying+the+dynamics+of+cell+detachment.">Programmed subcellular release for studying the dynamics of cell detachment.</a> Nat Methods. 6, 211-213 (2009).</li></ol>

Die Autoren haben keine Angaben zu machen.

Zell-Matrix-Adhäsion und de-Klebeprozesse genau und in Echtzeit mit hoher zeitlicher Auflösung unter Verwendung von Zell-Substrat-Impedanz und Live Cell Imaging-Analysen quantifiziert werden. Diese Echtzeit-Ansätze bieten einen großen Vorteil gegenüber Endpunktanalysen der Zelladhäsion, die schlechte zeitliche Auflösung zur Verfügung. Durch die präzise Quantifizierung schnellen de-Haft Reaktionen mit hoher zeitlicher Auflösung kann diese Analysen kritische Einblicke in geben, wie morphologische Reaktionen auf ...

Für die Wartung der Gewebshomöostase sind stabile Klebe Kontakte zwischen Zellen und ihrer Umgebung extrazellulären Matrix erforderlich. Sie spielt beispielsweise endothelialen Zelladhäsion an der subendothelialen Matrix, in die Blutgefäße eine kritische Rolle bei der Aufrechterhaltung der Integrität der endothelialen Schicht und ihre homöostatischen Funktion als Regelungs semipermeable Gefäßschranke 1. Aktinzytoskeletts mechanisch gekoppelt Matrixmoleküle an Stellen von Zell-Matrix-Haftung und eine Kontakten an der Zellmatrix-Grenzflächenkleber spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Position der Zellmembran durch Widerstand zentral gerichteten Actomyosin Zugkräfte. Extrazelluläre Stimuli Zellmatrixadhäsion verändern das Gleichgewicht der Kräfte an der Zell-Matrix-Schnittstelle, ein Ereignis, das schnell ist notwendigerweise verändern &#39;&#39; erfaßt durch mechanosensitive Signalproteine, was bei der Übertragung von &quot;außen nach innen Signalisieren&quot;. Das Übersprechen Wetteween Zellen und ihre umgebenden extrazellulären Matrix spielt eine Schlüsselrolle bei der Kontrolle der Zellform, Motilität, Funktion, Proliferation und Überleben 2. Diverse pathophysiologischen Prozessen (embryonalen Entwicklung, Entzündung, Wundheilung und Krebsmetastasen) durch dynamische Umgestaltung der Klebermatrix Substraten durch Matrix-abbauenden Oxidationsmittel und / oder Enzyme 3,4 gekennzeichnet. Zum Beispiel, Klebe subendothelialen Matrix Proteine ​​in den Blutgefäßen (zB Fibronektin) werden als Hauptziele für eine Änderung oder Abbau im menschlichen entzündlichen Erkrankungen aufgrund der lokalisierten Produktion von reaktiven Oxidantien beteiligt (zB Hypochlorsäure, HOCl) durch die Leukozyten stammende Enzym Myeloperoxidase (MPO), das innerhalb des Subendothel bei entzündlichen Gefäßerkrankungen (Abbildung 1) 5-9 ansammelt. Veränderungen Zellmatrixadhäsion von MPO abgeleiteten Oxidationsmitteln und anderen Matrix modifizierende Stimuli induziert werden likEly wichtige Rollen in Ändern vaskulären Homöostase bei einer Vielzahl von pathologischen Prozessen spielen, zB durch Verändern endothelialen Zellsignalisierung, Morphologie und Lebensfähigkeit, was wiederum stört Endothelfunktion und Barrierenintegrität. Jedoch werden die morphologischen und Zellsignalantworten der adhärenten Zellen an extrazelluläre Matrix-Änderungen erst beginnt zu verstehen. Um zu verstehen wie Matrix Änderungen treiben Veränderungen in Zelladhäsion Dynamik und Haftung abhängigen Zelle Signalwege, sind Techniken erforderlich, dass Veränderungen in der Zell-Matrix-Adhäsion in Echtzeit genau zu quantifizieren, mit hoher zeitlicher Auflösung. Hier beschreiben wir komplementären Zell-Substrat-Impedanz und lebenden Zellen Techniken, die diese Kriterien erfüllen, und eine Plattform, um die Zellhaftung und de-Adhäsionsvorgänge in einer nicht-invasiven Weise zu quantifizieren. Wir zeigen, wie diese Zell-Substrat-Impedanz und Live Cell Imaging approSchmerzen können leicht zu (i) verwendet werden, die Dynamik der Zellhaftung zu überwachen und zu verbreiten (dh De-novo-Zell-Adhäsion) auf native und modifizierte Matrix Substraten und (ii), die Dynamik der Zell-Matrix-Ablösung zu messen (dh de-Haftung ) von anhaftenden Zellen zu Matrix-modifizierende Reizen ausgesetzt. Das xCELLigence Zell-Substrat-Impedanz-Biosensor-System bietet eine kontinuierliche Messung der Bereich der Zell-Matrix-Kontakt durch die Quantifizierung der elektrischen Impedanz an der Oberfläche des 96-Loch-Gold-Mikroelektroden-Arrays und drückt diese elektrischen Impedanzmessungen als &quot;Zell Index&quot;, ein dimensionsloser Wert, ist weitgehend proportional zu der Fläche der Zell-Substrat-Kontakt 10 (Figur 2), aber doch in der empfindlich gegenüber Änderungen in der durchschnittlichen Entfernung zwischen dem (isolierend) Zellmembran und der Elektrodenoberfläche 11. Ein weiterer Anstieg der Zellenindexwerte ist auch bei der Bildung des engen Zell-Zell-Kontakte erreicht That beschränken para Strom fließt, 11 Bedingungen, die nicht im Rahmen der in dieser Studie beschriebenen Experimente durchsetzen müssen. Messung der projizierten Fläche der einzelnen Zellen über die Zeit durch Bildanalyse von Zeitraffer Differential-Interferenz-Kontrast (DIC) Filme eine komplementäre Messung der Veränderungen im Bereich der Zell-Substrat-Kontakt und stellt zusätzliche Informationen über die genaue Art und Dynamik der morphologische Veränderungen durch die Zell-Substrat-Impedanz Ansatz quantifiziert. Genauer gesagt, die Anwendung dieser Methoden zu überwachen, wie MPO-vermittelten Oxidation von Klebstoff subendothelialen Matrix Proteine ​​(zB Fibronektin) (i) reduziert die de novo Adhäsion der suspendierten Endothelzellen auf gereinigtes Fibronectin und (ii) auslöst Zell-Matrix de beschreiben wir -adhesion in Endothelzellen mit etablierten Haftung auf Fibronektin. Durch die Ausführung parallel Zellsignalanalysen im Laufe der Zeit mit relevanten biochemchemischen Assays (zB Western-Blotting), der zeitlichen und kausalen Beziehungen zwischen Adhäsion / Enthaftung Verfahren und damit verbundenen Änderungen der Adhäsion abhängigen Zellsignalisierungsereignisse bestimmt werden. Diese Ansätze wurden kürzlich verwendet, um zu zeigen, dass die extrazelluläre Matrix, die Oxidation durch subendotheliale Ablagerungen von MPO katalysierten löst einen schnellen Verlust in Zell-Matrix-Adhäsion von Endothelzellen, die von bereits existierenden Actomyosin Kontraktionskräfte 9 angetrieben wird. Wichtig ist, indem die zeitliche Beziehung zwischen den Veränderungen in beiden Zell-Adhäsion und Haftung abhängige Zell-Signal ermittelt werden, diese Ansätze identifiziert, die MPO-induzierte Matrixmodifikation und zellulären de-Haftung löst Veränderungen in wichtigen Haftung abhängigen Zelle Signalwege einschließlich Src-Kinase -abhängigen Paxillin-Phosphorylierung und Myosin Light Chain II-Phosphorylierung (Abbildung 1) 9. Diese Art der redox-abhängige Signal, involving die Aktivierung intrazellulärer Signalwege durch extrazelluläre oxidative Reaktionen, die Zell-Matrix-Adhäsion zu stören, stellt eine neue Art der Zellsignalisierung &quot;outside-in Redox-Signalisierung&quot; (Abbildung 1) bezeichnet 9. In der Regel sollten diese komplementären Zell-Substrat-Impedanz-Biosensor-und Live Cell Imaging Ansätze wertvoll bei der Aufdeckung, wie verschiedene Matrix-modifizierende Reize oder Agenten fahren Veränderungen der Zelladhäsion Dynamik, Morphologie und Signal innerhalb verschiedener adhärenten Zelltypen unterliegen einer Vielzahl von sein Versuchsanordnungen. Das folgende Protokoll beschreibt, wie die Auswirkungen der MPO-vermittelte Matrix Oxidation auf De-novo-Endothelzelladhäsion (Experiment 1) und Endothelzellen de-Haftung (Experiment 2) Prozesse zu quantifizieren. MPO bindet sich begierig an Fibronektin und andere Klebe subendothelialen extrazellulären Matrixproteinen und unses Wasserstoffperoxid (H 2 O 2), um Chloridionen (Cl -) umzuwandeln, um das hochreaktive chlorierenden Oxidationsmittel Hypochlorsäure (HOCl), welche lokal mit diesen Matrixproteinen reagiert und stört deren Zellhaftfähigkeit (1) 8,9, 12.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1328">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:405px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:223px;">Company</td>
			<td style="width:151px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:551px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:405px;">96 well gold cell-substrate impedance microelectrode array</td>
			<td style="width:223px;">ACEA Biosciences / Roche</td>
			<td style="width:151px;">E-Plate 96</td>
			<td>single-use plate used for performing cell-based assays on the xCELLigence system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:405px;">blebbistatin</td>
			<td style="width:223px;">Sigma</td>
			<td style="width:151px;">B0560</td>
			<td>selective inhibitor of non-muscle myosin-II</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:405px;">Bovine Aortic Endothelial Cells, cryopreserved&#160;</td>
			<td style="width:223px;">Lonza</td>
			<td style="width:151px;">BW-6001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:405px;">Bovine serum albumin</td>
			<td style="width:223px;">Sigma</td>
			<td style="width:151px;">05470</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">EGM-2 BulletKit</td>
			<td style="width:223px;">Lonza</td>
			<td style="width:151px;">CC-3162</td>
			<td>endothelial cell growth media kit</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:405px;">Fibronectin, lyophilized powder</td>
			<td style="width:223px;">Sigma</td>
			<td style="width:151px;">F-4759</td>
			<td>from bovine plasma</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:405px;">Fluorodish 35 mm glass-bottomed cell culture dish</td>
			<td style="width:223px;">World Precision Instruments</td>
			<td style="width:151px;">FD35-100</td>
			<td>Cell cuture dish with optical quality glass bottom for imaging</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:405px;">Gelatin from bovine skin</td>
			<td style="width:223px;">Sigma</td>
			<td style="width:151px;">G9391</td>
			<td>cell culture substratum</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:405px;">Hank&#39;s Balanced Salt Solution</td>
			<td style="width:223px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:151px;">14025076</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:405px;">Hydrogen peroxide</td>
			<td style="width:223px;">Merck</td>
			<td style="width:151px;">107298</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:405px;">Medium-199</td>
			<td style="width:223px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:151px;">11150-059</td>
			<td>serum-free cell media</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:405px;">Methionine</td>
			<td style="width:223px;">Sigma</td>
			<td style="width:151px;">M9500</td>
			<td>quenches chlorinating oxidants generated by myeloperoxidase</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:405px;">Myeloperoxidase, Human Polymorphonuclear Leukocytes</td>
			<td style="width:223px;">Millipore</td>
			<td style="width:151px;">475911</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:405px;">RTCA MP Instrument / xCELLigence cell substrate impedance system</td>
			<td style="width:223px;">ACEA Biosciences / Roche</td>
			<td style="width:151px;">-</td>
			<td>Consists of RTCA Analyzer, RTCA (Multiple Plate) MP Station and RTCA Control Unit</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:405px;">Trypsin-EDTA (0.5%)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15400-054&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using cell-substrate impedance and live cell imaging to measure real-time changes in cellular adhesion and de-adhesion induced by matrix modification

Zell-Matrix-Adhäsion spielt eine wichtige Rolle bei der Kontrolle der Zellmorphologie und Signalisierung. Reize, Zellmatrixadhäsion (zB Myeloperoxidase und anderen Matrix modifizierende Oxidantien / Enzyme während der Entzündung freigesetzt) ​​stören an der Auslösung pathologischen Veränderungen der zellulären Funktion, Phänotyp und Lebensfähigkeit in einer Reihe von Krankheiten in Verbindung gebracht. Hier beschreiben wir, wie Zell-Substrat-Impedanz und Live Cell Imaging Ansätze kann leicht verwendet werden, um Echtzeit-Änderungen der Zelladhäsion und de-Haftung durch Matrixmodifikation induzierte genau zu quantifizieren (unter Verwendung von Endothelzellen und Myeloperoxidase als pathophysiologische Matrix-modifizierende Stimulus) mit hoher zeitlicher Auflösung und in einer nicht-invasiven Weise. Die xCELLigence Zell-Substrat-Impedanzsystem kontinuierlich quantifiziert den Bereich der Zell-Matrix-Adhäsion durch die Messung der elektrischen Impedanz bei der Zell-Substrat-Grenzfläche in den Zellen auf Goldmikroelektrodenarrays gezüchtet. Bildanalyse von Zeitraffer-differenTiAl-Interferenzkontrastfilme quantifiziert Veränderungen der projizierten Fläche der einzelnen Zellen über die Zeit, die Änderungen im Bereich der Zellenmatrix-Kontakt. Beide Techniken genau zu quantifizieren schnelle Änderungen an der Zelladhäsion und de-Klebeverfahren. Zell-Substrat-Impedanz auf Mikroelektroden-Biosensor-Arrays liefert eine robuste Plattform für Hochdurchsatz-Messungen. Live Cell Imaging Analysen liefern zusätzliche Details über die Art und Dynamik der morphologischen Veränderungen von Zell-Substrat-Impedanzmessungen quantifiziert. Diese komplementäre Ansätze liefern wertvolle neue Einblicke in die Myeloperoxidase oxidative Veränderung der subzellulären extrazelluläre Matrixkomponenten löst schnellen Veränderungen bei der Zelladhäsion, Morphologie und Signalübertragung in Endothelzellen. Diese Ansätze sind auch anwendbar für die Untersuchung der zellulären Adhäsion Dynamik in Abhängigkeit von einer anderen Matrix-modifizierenden Stimuli und den damit verbundenen anhaftenden Zellen (beispielsweise Epithelzellen).

Echtzeit-Quantifizierung von Endothelzellen de-Adhäsion von Fibronektin als Reaktion auf MPO-vermittelte Oxidation Fibronektin (Experiment 2). Die Aussaat der endothelialen Zellsuspensionen auf nativen (MPO kostenlos) Fibronektin oder MPO-Lager Fibronektin ergibt maximale Zellhaftung und die Verbreitung innerhalb von 2 h, wie durch eine Plateaubildung der Zellindexwerte in dem Zellensubstrat Impedanzmessungen (3A) beurteilt. Diese Anfangsphase der Zellhaftung und Ausbreitung deutlich r...

Watch this Scientific Journal Video about Using Cell-substrate Impedance and Live Cell Imaging to Measure Real-time Changes in Cellular Adhesion and De-adhesion Induced by Matrix Modification at JoVE.

Using Cell-substrate Impedance and Live Cell Imaging to Measure Real-time Changes in Cellular Adhesion and De-adhesion Induced by Matrix Modification

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um kontinuierlich zu quantifizieren Zelladhäsion und de-Klebeprozesse mit hoher zeitlicher Auflösung in eine nicht-invasive Weise durch Zell-Substrat-Impedanz und Live Cell Imaging analysiert. Diese Ansätze zeigen die Dynamik der Zelladhäsion / de-Klebeverfahren durch Matrixmodifikation und ihre zeitliche Beziehung, um die Haftung abhängige Signalereignisse ausgelöst.

Benutzen Sie die Cell-Substrat-Impedanz und Live Cell Imaging, um Echtzeit-Änderungen in der Zelladhäsion und De-Haftung durch Matrix Änderung Induzierte Messen

Cell-matrix adhesion plays a key role in controlling cell morphology and signaling. Stimuli that disrupt cell-matrix adhesion (e.g., myeloperoxidase and ...

using-cell-substrate-impedance-live-cell-imaging-to-measure-real-time

Research

JoVE Journal

Bioengineering

10.8K Aufrufe.  University of New South Wales.  Hier präsentieren wir ein Protokoll, um kontinuierlich zu quantifizieren Zelladhäsion und de-Klebeprozesse mit hoher zeitlicher Auflösung in eine nicht-invasive Weise durch Zell-Substrat-Impedanz und Live Cell Imaging analysiert. Diese Ansätze zeigen die Dynamik der Zelladhäsion / de-Klebeverfahren durch Matrixmodifikation und ihre zeitliche Beziehung, um die Haftung abhängige Signalereignisse ausgelöst. 

Serie: Using Cell-substrate Impedance and Live Cell Imaging to Measure Real-time Changes in Cellular Adhesion and De-adhesion Induced by Matrix Modification

Live-cell Imaging of Migrating Cells Expressing Fluorescently-tagged Proteins in a Three-dimensional Matrix

Traditionally, cell migration has been studied on two-dimensional, stiff plastic surfaces. However, during important biological processes such as wound healing, tissue regeneration, and cancer metastasis, cells must navigate through complex, three-dimensional extracellular tissue. To better understand the mechanisms behind these biological processes, it is important to examine the roles of the proteins responsible for driving cell migration. Here, we outline a protocol to study the mechanisms of cell migration using the epithelial cell line (MDCK), and a three-dimensional, fibrous, self-polymerizing matrix as a model system. This optically clear extracellular matrix is easily amenable to live-cell imaging studies and better mimics the physiological, soft tissue environment. This report demonstrates a technique for directly visualizing protein localization and dynamics, and deformation of the surrounding three-dimensional matrix. 
Examination of protein localization and dynamics during cellular processes provides key insight into protein functions. Genetically encoded fluorescent tags provide a unique method for observing protein localization and dynamics. Using this technique, we can analyze the subcellular accumulation of key, force-generating cytoskeletal components in real-time as the cell maneuvers through the matrix. In addition, using multiple fluorescent tags with different wavelengths, we can examine the localization of multiple proteins simultaneously, thus allowing us to test, for example, whether different proteins have similar or divergent roles. Furthermore, the dynamics of fluorescently tagged proteins can be quantified using Fluorescent Recovery After Photobleaching (FRAP) analysis. This measurement assays the protein mobility and how stably bound the proteins are to the cytoskeletal network.
By combining live-cell imaging with the treatment of protein function inhibitors, we can examine in real-time the changes in the distribution of proteins and morphology of migrating cells. Furthermore, we also combine live-cell imaging with the use of fluorescent tracer particles embedded within the matrix to visualize the matrix deformation during cell migration. Thus, we can visualize how a migrating cell distributes force-generating proteins, and where the traction forces are exerted to the surrounding matrix. Through these techniques, we can gain valuable insight into the roles of specific proteins and their contributions to the mechanisms of cell migration.

Cellular processes such as cell migration have traditionally been studied on two-dimensional, stiff plastic surfaces. This report describes a technique for directly visualizing protein localization and analyzing protein dynamics in cells migrating in a more physiologically relevant, three-dimensional matrix.

Live-Cell-Imaging von wandernden Zellen mit dem Ausdruck Fluoreszenz-markierten Proteinen in einer dreidimensionalen Matrix

Traditionally, cell migration has been studied on two-dimensional, stiff plastic surfaces. However, during important biological processes such as wound ...

Forschung

Biotechnik

Harvesting Murine Alveolar Macrophages and Evaluating Cellular Activation Induced by Polyanhydride Nanoparticles

Biodegradable nanoparticles have emerged as a versatile platform for the design and implementation of new intranasal vaccines against respiratory infectious diseases. Specifically, polyanhydride nanoparticles composed of the aliphatic sebacic acid (SA), the aromatic 1,6-bis(p-carboxyphenoxy)hexane (CPH), or the amphiphilic 1,8-bis(p-carboxyphenoxy)-3,6-dioxaoctane (CPTEG) display unique bulk and surface erosion kinetics1,2 and can be exploited to slowly release functional biomolecules (e.g., protein antigens, immunoglobulins, etc.) in vivo3,4,5. These nanoparticles also possess intrinsic adjuvant activity, making them an excellent choice for a vaccine delivery platform6,7,8.
	In order to elucidate the mechanisms governing the activation of innate immunity following intranasal mucosal vaccination, one must evaluate the molecular and cellular responses of the antigen presenting cells (APCs) responsible for initiating immune responses. Dendritic cells are the principal APCs found in conducting airways, while alveolar macrophages (AM&#632;) predominate in the lung parenchyma9,10,11. AM&#632; are highly efficient in clearing the lungs of microbial pathogens and cell debris12,13. In addition, this cell type plays a valuable role in the transport of microbial antigens to the draining lymph nodes, which is an important first step in the initiation of an adaptive immune response9. AM&#632; also express elevated levels of innate pattern recognition and scavenger receptors, secrete pro-inflammatory mediators, and prime na&iuml;ve T cells12,14. A relatively pure population of AM&#632; (e.g., greater than 80%) can easily be obtained via lung lavage for study in the laboratory. Resident AM&#632; harvested from immune competent animals provide a representative phenotype of the macrophages that will encounter the particle-based vaccine in vivo. Herein, we describe the protocols used to harvest and culture AM&#632; from mice and examine the activation phenotype of the macrophages following treatment with polyanhydride nanoparticles in vitro.

Herein, we describe protocols for harvesting murine alveolar macrophages, which are resident innate immune cells in the lung, and examining their activation in response to co-culture with polyanhydride nanoparticles.

Ernte Murine Alveolarmakrophagen und Auswerten zelluläre Aktivierung von Polyanhydrid Nanopartikel Induced

Biodegradable nanoparticles have emerged as a  versatile platform for the design and implementation of new intranasal vaccines  against respiratory ...

Simultaneously Capturing Real-time Images in Two Emission Channels Using a Dual Camera Emission Splitting System: Applications to Cell Adhesion

Multi-color immunofluorescence microscopy to detect specific molecules in the cell membrane can be coupled with parallel plate flow chamber assays to investigate mechanisms governing cell adhesion under dynamic flow conditions. For instance, cancer cells labeled with multiple fluorophores can be perfused over a potentially reactive substrate to model mechanisms of cancer metastasis. However, multi-channel single camera systems and color cameras exhibit shortcomings in image acquisition for real-time live cell analysis. To overcome these limitations, we used a dual camera emission splitting system to simultaneously capture real-time image sequences of fluorescently labeled cells in the flow chamber. Dual camera emission splitting systems filter defined wavelength ranges into two monochrome CCD cameras, thereby simultaneously capturing two spatially identical but fluorophore-specific images. Subsequently, psuedocolored one-channel images are combined into a single real-time merged sequence that can reveal multiple target molecules on cells moving rapidly across a region of interest.

Dual camera emission splitting systems for two-color fluorescence microscopy generate real-time image sequences with exceptional optical and temporal resolution, a requirement of certain live cell assays including parallel plate flow chamber adhesion assays. When software is employed to merge images from simultaneously acquired emission channels, pseudocolored image sequences are produced.

Gleichzeitig Capturing in Echtzeit Bilder in zwei Emissions Kanäle unter Verwendung eines Dual-Kamera-Emissions-Splitting-System: Anwendungen in der Zelladhäsion

Multi-color immunofluorescence microscopy to detect specific molecules in the cell membrane can be coupled with parallel plate flow chamber assays to ...

Using Microfluidics Chips for Live Imaging and Study of Injury Responses in Drosophila Larvae

Live imaging is an important technique for studying cell biological processes, however this can be challenging in live animals. The translucent cuticle of the Drosophila larva makes it an attractive model organism for live imaging studies. However, an important challenge for live imaging techniques is to noninvasively immobilize and position an animal on the microscope. This protocol presents a simple and easy to use method for immobilizing and imaging Drosophila larvae on a polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic device, which we call the 'larva chip'. The larva chip is comprised of a snug-fitting PDMS microchamber that is attached to a thin glass coverslip, which, upon application of a vacuum via a syringe, immobilizes the animal and brings ventral structures such as the nerve cord, segmental nerves, and body wall muscles, within close proximity to the coverslip. This allows for high-resolution imaging, and importantly, avoids the use of anesthetics and chemicals, which facilitates the study of a broad range of physiological processes. Since larvae recover easily from the immobilization, they can be readily subjected to multiple imaging sessions. This allows for longitudinal studies over time courses ranging from hours to days. This protocol describes step-by-step how to prepare the chip and how to utilize the chip for live imaging of neuronal events in 3rd instar larvae. These events include the rapid transport of organelles in axons, calcium responses to injury, and time-lapse studies of the trafficking of photo-convertible proteins over long distances and time scales. Another application of the chip is to study regenerative and degenerative responses to axonal injury, so the second part of this protocol describes a new and simple procedure for injuring axons within peripheral nerves by a segmental nerve crush.

Using Microfluidics Chips for Live Imaging and Study of Injury Responses in Drosophila Larvae

Drosophila larvae are an attractive model system for live imaging due to their translucent cuticle and powerful genetics. This protocol describes how to utilize a single-layer PDMS device, called the &#39;larva chip&#39; for live imaging of cellular processes within neurons of 3rd instar Drosophila larvae.

Mit Mikrofluidik-Chips für Live-Imaging-und Studienverletzungs Antworten in<em&gt; Drosophila</em&gt; Larven

Live imaging is an important technique for studying cell biological processes, however this can be challenging in live animals. The translucent cuticle of ...

Electric Cell-substrate Impedance Sensing for the Quantification of Endothelial Proliferation, Barrier Function, and Motility

Electric Cell-substrate Impedance Sensing (ECIS) is an in vitro impedance measuring system to quantify the behavior of cells within adherent cell layers. To this end, cells are grown in special culture chambers on top of opposing, circular gold electrodes. A constant small alternating current is applied between the electrodes and the potential across is measured. The insulating properties of the cell membrane create a resistance towards the electrical current flow resulting in an increased electrical potential between the electrodes. Measuring cellular impedance in this manner allows the automated study of cell attachment, growth, morphology, function, and motility. Although the ECIS measurement itself is straightforward and easy to learn, the underlying theory is complex and selection of the right settings and correct analysis and interpretation of the data is not self-evident. Yet, a clear protocol describing the individual steps from the experimental design to preparation, realization, and analysis of the experiment is not available. In this article the basic measurement principle as well as possible applications, experimental considerations, advantages and limitations of the ECIS system are discussed. A guide is provided for the study of cell attachment, spreading and proliferation; quantification of cell behavior in a confluent layer, with regard to barrier function, cell motility, quality of cell-cell and cell-substrate adhesions; and quantification of wound healing and cellular responses to vasoactive stimuli. Representative results are discussed based on human microvascular (MVEC) and human umbilical vein endothelial cells (HUVEC), but are applicable to all adherent growing cells.

This protocol reviews Electric Cell-substrate Impedance Sensing, a method to record and analyze the impedance spectrum of adherent cells for the quantification of cell attachment, proliferation, motility, and cellular responses to pharmacological and toxic stimuli. Detection of endothelial permeability and assessment of cell-cell and cell-substrate contacts are emphasized.

Elektro-Zell-Substrat-Impedance Sensing zur Quantifizierung der endothelialen Proliferation, Barrierefunktion und Beweglichkeit

Electric Cell-substrate Impedance Sensing (ECIS) is an in vitro impedance measuring system to quantify the behavior of cells within adherent cell layers. ...

Universal Hand-held Three-dimensional Optoacoustic Imaging Probe for Deep Tissue Human Angiography and Functional Preclinical Studies in Real Time

The exclusive combination of high optical contrast and excellent spatial resolution makes optoacoustics (photoacoustics) ideal for simultaneously attaining anatomical, functional and molecular contrast in deep optically opaque tissues. While enormous potential has been recently demonstrated in the application of optoacoustics for small animal research, vast efforts have also been undertaken in translating this imaging technology into clinical practice. We present here a newly developed optoacoustic tomography approach capable of delivering high resolution and spectrally enriched volumetric images of tissue morphology and function in real time. A detailed description of the experimental protocol for operating with the imaging system in both hand-held and stationary modes is provided and showcased for different potential scenarios involving functional and molecular studies in murine models and humans. The possibility for real time visualization in three dimensions along with the versatile handheld design of the imaging probe make the newly developed approach unique among the pantheon of imaging modalities used in today&#8217;s preclinical research and clinical practice.

We provide herein a detailed description of the experimental protocol for imaging with a newly developed hand-held optoacoustic (photoacoustic) system for three-dimensional functional and molecular imaging in real time. The demonstrated powerful performance and versatility may define new application areas of the optoacoustic technology in preclinical research and clinical practice.

Universal-Hand Dreidimensionale Optoakustische Bildgebung Sonde für Deep Tissue Menschen Angiographie und Funktions präklinischen Studien in Echtzeit

The exclusive combination of high optical contrast and excellent spatial resolution makes optoacoustics (photoacoustics) ideal for simultaneously ...

Hand-held Clinical Photoacoustic Imaging System for Real-time Non-invasive Small Animal Imaging

Translation of photoacoustic imaging into the clinic is a major challenge. Handheld real-time clinical photoacoustic imaging systems are very rare. Here, we report a combined photoacoustic and clinical ultrasound imaging system by integrating an ultrasound probe with light delivery for small animal imaging. We demonstrate this by showing sentinel lymph node imaging in small animals along with minimally invasive real-time needle guidance. A clinical ultrasound platform with access to raw channel data allows the integration of photoacoustic imaging leading to a handheld real-time clinical photoacoustic imaging system. Methylene blue was used for sentinel lymph node imaging at 675 nm wavelength. Additionally, needle guidance with dual modal ultrasound and photoacoustic imaging was shown using the imaging system. Depth imaging of up to 1.5 cm was demonstrated with a 10 Hz laser at a photoacoustic imaging frame rate of 5 frames per second.

A clinical handheld photoacoustic imaging system will be demonstrated for real-time non-invasive small animal imaging.

Hand-Held klinische photoakustische Imaging-System für Echtzeit-nicht-invasive kleine Tier Imaging

Translation of photoacoustic imaging into the clinic is a major challenge. Handheld real-time clinical photoacoustic imaging systems are very rare. Here, ...

Visualizing Adhesion Formation in Cells by Means of Advanced Spinning Disk-Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy

In living cells, processes such as adhesion formation involve extensive structural changes in the plasma membrane and the cell interior. In order to visualize these highly dynamic events, two complementary light microscopy techniques that allow fast imaging of live samples were combined: spinning disk microscopy (SD) for fast and high-resolution volume recording and total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy for precise localization and visualization of the plasma membrane. A comprehensive and complete imaging protocol will be shown for guiding through sample preparation, microscope calibration, image formation and acquisition, resulting in multi-color SD-TIRF live imaging series with high spatio-temporal resolution. All necessary image post-processing steps to generate multi-dimensional live imaging datasets, i.e. registration and combination of the individual channels, are provided in a self-written macro for the open source software ImageJ. The imaging of fluorescent proteins during initiation and maturation of adhesion complexes, as well as the formation of the actin cytoskeletal network, was used as a proof of principle for this novel approach. The combination of high resolution 3D microscopy and TIRF provided a detailed description of these complex processes within the cellular environment and, at the same time, precise localization of the membrane-associated molecules detected with a high signal-to-background ratio.

An advanced microscope that permit fast and high-resolution imaging of both, the isolated plasma membrane and the surrounding intracellular volume, will be presented. The integration of spinning disk and total internal reflection fluorescence microscopy in one setup allows live imaging experiments at high acquisition rates up to 3.5 s per image stack.

Visualisierung von Adhäsion Bildung in den Zellen durch erweiterte Spinning-Disk-Total Internal Reflection-Fluoreszenz-Mikroskopie

In living cells, processes such as adhesion formation involve extensive structural changes in the plasma membrane and the cell interior. In order to ...

Measuring Global Cellular Matrix Metalloproteinase and Metabolic Activity in 3D Hydrogels

Three-dimensional (3D) cell culture systems often more closely recapitulate in vivo cellular responses and functions than traditional two-dimensional (2D) culture systems. However, measurement of cell function in 3D culture is often more challenging. Many biological assays require retrieval of cellular material which can be difficult in 3D cultures. One way to address this challenge is to develop new materials that enable measurement of cell function within the material. Here, a method is presented for measurement of cellular matrix metalloproteinase (MMP) activity in 3D hydrogels in a 96-well format. In this system, a poly(ethylene glycol) (PEG) hydrogel is functionalized with a fluorogenic MMP cleavable sensor. Cellular MMP activity is proportional to fluorescence intensity and can be measured with a standard microplate reader. Miniaturization of this assay to a 96-well format reduced the time required for experimental set up by 50% and reagent usage by 80% per condition as compared to the previous 24-well version of the assay. This assay is also compatible with other measurements of cellular function. For example, a metabolic activity assay is demonstrated here, which can be conducted simultaneously with MMP activity measurements within the same hydrogel. The assay is demonstrated with human melanoma cells encapsulated across a range of cell seeding densities to determine the appropriate encapsulation density for the working range of the assay. After 24 h of cell encapsulation, MMP and metabolic activity readouts were proportional to cell seeding density. While the assay is demonstrated here with one fluorogenic degradable substrate, the assay and methodology could be adapted for a wide variety of hydrogel systems and other fluorescent sensors. Such an assay provides a practical, efficient and easily accessible 3D culturing platform for a wide variety of applications.

Here, a protocol is presented for encapsulating and culturing cells in poly(ethylene glycol) (PEG) hydrogels functionalized with a fluorogenic matrix metalloproteinase (MMP)-degradable peptide. Cellular MMP and metabolic activity are measured directly from the hydrogel cultures using a standard microplate reader.

Messung der globalen zellulären Matrix Metalloproteinase und metabolische Aktivität in 3D Hydrogele

Three-dimensional (3D) cell culture systems often more closely recapitulate in vivo cellular responses and functions than traditional two-dimensional (2D) ...

A Human 3D Extracellular Matrix-Adipocyte Culture Model for Studying Matrix-Cell Metabolic Crosstalk

The extracellular matrix (ECM) plays a central role in regulating tissue homeostasis, engaging in crosstalk with cells and regulating multiple aspects of cellular function. The ECM plays a particularly important role in adipose tissue function in obesity, and alterations in adipose tissue ECM deposition and composition are associated with metabolic disease in mice and humans. Tractable in vitro models that permit dissection of the roles of the ECM and cells in contributing to global tissue phenotype are sparse. We describe a novel 3D in vitro model of human ECM-adipocyte culture that permits study of the specific roles of the ECM and adipocytes in regulating adipose tissue metabolic phenotype. Human adipose tissue is decellularized to isolate ECM, which is subsequently repopulated with preadipocytes that are then differentiated within the ECM into mature adipocytes. This method creates ECM-adipocyte constructs that are metabolically active and retain characteristics of the tissues and patients from which they are derived. We have used this system to demonstrate disease-specific ECM-adipocyte crosstalk in human adipose tissue. This culture model provides a tool for dissecting the roles of the ECM and adipocytes in contributing to global adipose tissue metabolic phenotype and permits study of the role of the ECM in regulating adipose tissue homeostasis.

We describe a 3D human extracellular matrix-adipocyte in vitro culture system that permits dissection of the roles of the matrix and adipocytes in contributing to adipose tissue metabolic phenotype.

Ein menschliches 3D extrazelluläres Matrix-Adipozyten-Kulturmodell zum Studium der Matrix-Zell Metabolischen Crosstalk

The extracellular matrix (ECM) plays a central role in regulating tissue homeostasis, engaging in crosstalk with cells and regulating multiple aspects of ...