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Method Article
Un método combinatorio cribado funcional para obtener ideas sobre los impactos de la composición molecular de los microambientes sobre las funciones celulares se describe. El método aprovecha existentes basados en las tecnologías de microarrays para generar matrices de microambientes definidos combinatorias que soportan la adhesión de células y análisis funcional.
Las interacciones entre las células y su microambiente circundante tienen consecuencias funcionales para el comportamiento celular. En el nivel de células individuales, distintos microambientes puede imponer diferenciación, migración, proliferación y fenotipos, y en el nivel de los tejidos del microambiente procesos tan complejos como la morfogénesis y la tumorigénesis 1. No sólo el contenido celular y molecular de las células impacto microambientes dentro, pero también lo hacen la elasticidad 2 y 3 de la geometría del tejido. Se define como la suma total de la célula-célula, ECM-, y solubles en interacciones de los factores, además de las características físicas, el microambiente es complejo. Los fenotipos de las células dentro de un tejido son parcialmente debido a su contenido genómico y parcialmente debido a las interacciones combinatorias con el microenviroment. Un reto importante es vincular las combinaciones específicas de componentes microambientales con comportamientos distintivos. ent "> A continuación, presentamos el microambiente de microarrays (MEArray) plataforma de base de células de cribado funcional de las interacciones con los microambientes combinatorias 4. El método permite el control simultáneo de la composición molecular y el módulo de elasticidad, y combina el uso de microarrays ampliamente disponible y tecnologías micropatterning. pantallas MEArray requieren tan pocos como 10.000 células por matriz, lo que facilita los estudios funcionales de tipos de células raras, tales como células progenitoras adultas. Una limitación de la tecnología es que microambientes enteros de tejido no puede ser completamente recapitulado en MEArrays. Sin embargo, la comparación de los respuestas en el mismo tipo de célula a numerosos microambientes relacionados, por ejemplo combinaciones pareadas de proteínas ECM que caracterizan un tejido dado, se proporciona una visión de cómo los componentes microambientales obtener tejidos específicos de fenotipos funcionales.
MEArrays se puede imprimir utilizando una amplia variedad de gro recombinantefactores wth, citoquinas, y proteínas purificadas ECM, y sus combinaciones. La plataforma está limitada sólo por la disponibilidad de reactivos específicos. MEArrays son susceptibles de tiempo-caducada análisis, pero más a menudo se utilizan para el análisis de punto final de las funciones celulares que son medibles con sondas fluorescentes. Por ejemplo, la síntesis de ADN, la apoptosis, la adquisición de estados diferenciados, o la producción de productos génicos específicos se miden comúnmente. En pocas palabras, el flujo básico de un experimento MEArray es preparar portaobjetos recubiertos con sustratos de impresión y para preparar la placa maestra de proteínas que se van a imprimir. A continuación, las matrices se imprimen con un robot de microarrays, las células se dejan adherir, crecer en cultivo, y luego se fija químicamente al alcanzar el punto final experimental. Ensayos fluorescentes o colorimétrico, con imágenes de microscopios tradicionales o escáneres de microarrays, se utilizan para revelar correspondientes fenotipos moleculares y celulares (Figura 1).
1. Sustratos de impresión Preparación
La decisión de utilizar polidimetilsiloxano (PDMS)-revestida o poliacrilamida (PA)-portaobjetos recubiertos depende de los parámetros importantes del diseño experimental. El módulo elástico de los dos polímeros se puede ajustar para imitar las rigideces de diferentes tejidos mediante la alteración de la relación base / cura de PDMS, y la proporción de acrilamida / bis-acrilamida de PA. PDMS puede imitar más rígidos los tejidos en el intervalo de 1-10MPa (por ejemplo, cartílago, córnea, y las paredes arteriales), y PA puede imitar tejidos más blandos en el intervalo de 100Pa-100kPa (por ejemplo, mama, cerebro, hígado, próstata y) 5. PDMS es barato, fácil de preparar, y la geometría de las características impresas será idéntico al de la cabeza de los pasadores de impresión. Así, el tamaño y forma de las características puede ser controlado con precisión usando los pins con geometrías de punta diferente. PDMS es más hidrofóbico que PA, que causa algunos problemas durante la manipulación de células y Immunoscontengan pasos, y pueden ser incompatibles con algunas líneas celulares. Debido a que PA es un hidrogel y una superficie resistente al ensuciamiento nativa, las células sólo se adhieren a los puntos en los que hay proteínas que la adhesión célula de apoyo. La geometría de las características impresas sobre geles de PA no seguir con precisión la geometría de la cabeza del alfiler; normalmente se convierten en círculos debido a la difusión, con independencia de la geometría de la cabeza de alfiler que se utiliza. La impresión por contacto parámetros diámetro de tiempo y el pasador se puede determinar empíricamente por tamaño de la característica óptima en geles de PA.
Polidimetilsiloxano (PDMS)
Poliacrilamida (PA)
Módulo deseado (Pa) | % De acrilamida | Bis-acrilamida% | La acrilamida del 40% de acciones (ml) | Bis-acrilamida del 2% de acciones (ml) | Agua desionizada (ml) | APS (l) | TEMED (l) |
480 ± 160 | 3 | 0,06 | 0,75 | 0,3 | 8,95 | 100 | 10 |
4470 ± 1190 | 5 | 0,15 | 1,25 | 0,75 | 8 | 100 | 10 |
40.400 ± 2390 | 8 | 0,48 | 2 | 2,4 | 5,6 | 100 | 10 |
Adaptado de 6,7.
2. Maestro Proteína Plate Preparación
3. MEArray impresión
4. El cultivo de células de mamíferos en MEArrays para el Análisis Funcional
5. Los resultados representativos
Un ejemplo de la deposición de proteínas en un patrón impreso PDMS-costeó MEArray usando algunos pernos de silicio de punta cuadrada sobre una pluma pasador de microarrays de impresión robot se muestra en la Figura 2. La deposición de proteínas diferentes que se han impreso puede ser verificada por inmunofluorescencia utilizando anticuerpos (Figura 2A). Las diluciones de las soluciones de proteína en la placa maestra son un reflejo de la cantidad (intensidad de fluorescencia) que se deposita sobre la superficie del sustrato de impresión (Figura 2B). Las células deben adherirse a las características impresas en una manera obvia patrón (Figura 2C).
Un ejemplo de un experimento que muestra que MEArray diluciones inversas de dos proteínas específicas del microambiente provocada perfiles de expresión de queratina en una proteína dependiente de la concentración en una manera multipotentes mamario humano p epitelialrogenitor línea celular (células D920), se muestra en la Figura 3. Parcelas de burbujas son útiles para determinar si los fenotipos específicos se imponen a las células sobre las características repetidas de una serie de dilución. Por ejemplo, si una molécula en particular en un microambiente causa un fenotipo distinto, una vez que el componente instructivo se ha diluido lo suficiente en un fondo de un ECM neutral el fenotipo debe cambiar o desaparecer. Detección por inmunofluorescencia de queratina 8 y queratina 14 proteínas de filamentos intermedios se realizó con un 4200a Axon (Molecular Devices) escáner de microarrays. Doce serie de dilución réplica se imprimieron en cada MEArray, y el log 2 ratio de queratina 8 y queratina 14 la intensidad media de fluorescencia se representa gráficamente como un gráfico de burbujas para dar una idea realista de la variación y reproducibilidad de la señal. Se muestra datos de un MEArray que se fijó después las células se habían unido y las células no unidas se lavaron de distancia (Figura 3A), y después de 24 hr de culture (Figura 3B). Para este análisis relativamente pequeño, un ANOVA de una vía se utilizó para determinar la varianza a partir de la media de la señal en cada punto de tiempo, y se agrupan de dos colas t-test fueron utilizados para determinar si las diluciones diferentes de colágeno de tipo I y-P humana recombinante cadherina provocado cambios en la expresión de queratina. No hubo una variación de la media entre las células sobre las características sólo después de la unión, sin embargo, hubo diferencias significativas en la expresión de queratina entre las células después de 24 horas de exposición a los diferentes microambientes. T-pruebas verificado que tipo alto que las concentraciones de colágeno suscitado mayor queratina 8 expresión, mientras que altas concentraciones de P-cadherina provocó una fuerte queratina 14 la señal después de 24 horas. Este resultado es consistente con informes anteriores que la P-cadherina que contienen microambientes impondrá de K14-expresión de fenotipo mioepiteliales en bi-potentes células madre mamarias 4.
Un ejemplo de un scanne todad MEArray impreso en un gel de 40.000 Pa PA se muestra en la Figura 4.
Figura 1. Un diagrama de flujo del procedimiento MEArray. En primer lugar, el sustrato de impresión se preparan ya sea con PDMS o PA. En segundo lugar, los platos principales están preparados y anotados en una base de datos. En tercer lugar, los MEArrays se imprimen y codificados con números de serie. En cuarto lugar, cámaras de cultivo están unidos, son superficies de los bloques y / o eliminar, a continuación, las células se que se pueden conectar y las células no unidas se lavan. En quinto lugar, las células pueden ser tratadas con tinción o bioensayo después de un período de incubación basado en el diseño experimental. Finalmente, las imágenes de MEArray puede obtenerse y analizarse con escáner adecuado y software.
Figura 2. DEPOSition abundancia relativa de las proteínas y impresos puede ser verificado con inmunotinción antes de la fijación de las células. A) Los anticuerpos que reconocen el colágeno tipo IV y laminina-111 se utilizaron para verificar su presencia en las características impresas de un MEArray. B) Uso de una intensidad media de píxeles en función de análisis de NIH ImageJ software, la abundancia relativa de las dos proteínas a través de una serie de diluciones, a partir de una solución de proteínas 200 mg / ml, se puede evaluar cualitativamente. C) Fase de micrografía D920 células unidas a la plaza en forma de características de un impreso recubierto de PDMS MEArray.
Figura 3. Un ejemplo de un análisis MEArray utilizando cambios en la expresión de queratina en una línea de células progenitoras multipotentes como una función del tiempo y el microambiente. Cada burbuja representa proporciones de queratina 8 y 14 niveles de proteína queratina 10 a 15 células unidas a una featura en un MEArray. Expresión se determinó con sondas de inmunofluorescencia. A) Muestra las células de queratina en sólo después de la unión, y B) muestra las relaciones de queratina después de 24 hr en una matriz que se colocaron en placas en paralelo. La concentración máxima de ambas proteínas fue de 200 mg / ml y se diluyó 2 veces. El diámetro de una burbuja representa la magnitud de la relación de 2 log de la queratina 8 y queratina 14 intensidad media, y la codificación de color naranja y blanco indica valores> 0 y <0, respectivamente. F-valores de ANOVA de una vía y los valores de p de la prueba t, y los soportes con flechas que identifican las poblaciones comparadas, se muestran.
Figura 4. Un ejemplo de una exploración de MEArray adquiridas mediante un modo de adquisición en mosaico en un microscopio de barrido láser confocal. HCC1569 células que les permite incorporar el ADN analógico EdU durante 4 horas antes de la fijación.DAPI (azul) y Edu (rojo) se muestran.
El método que aquí se presenta permite MEArray análisis funcionales de las células y las interacciones combinatorias microambiente 4. Análisis MEArray combina el uso de las tecnologías de micropatterning básicos, biología celular, y los robots de microarrays de impresión y dispositivos de análisis que están disponibles en muchas instalaciones multiusuario. MEArray pantallas son compatibles con la mayoría de tipos de células adherentes, aunque sin suero formulaciones de medios puede ser necesario ...
No hay conflictos de interés declarado.
ML es compatible con el NIA (R00AG033176 y R01AG040081) y por el Laboratorio de Investigación Dirigida y Desarrollo, EE.UU. Departamento de Energía # contrato DE-AC02-05CH11231.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nombre del reactivo | Empresa | El número de catálogo | Comentarios (opcional) |
Portaobjetos de vidrio 25 mm x 75 mm | VWR | 48311-600 | |
Vidrio cubreobjetos (no.1) 24 mm x 50 mm | VWR | 48393-241 | |
Placa de tinción (o tarro Coplan) | VWR | 25461-003 | |
Placas de Petri (15 cm) | BD Falcon | 351058 | |
NaOH (1,0 N) | Sigma-Aldrich | S2567 | |
APES (> 98% (3-aminopropil) trietoxisilano) | Sigma-Aldrich | A3648 | |
Glutaraldehído | Sigma-Aldrich | G7651 | 50% en agua |
APS (> 98% de persulfato de amonio) | SIGMA-Aldrich | A3678 | Preparar 10% de solución de trabajo con ddH 2 O |
TEMED (N, N, N ', N'-tetrametiletilendiamina) | Sigma-Aldrich | T9281 | |
La acrilamida (40%) | Sigma-Aldrich | A4058 | |
Bis-acrilamida (2% w / v) | Fisher BioReagents | BP1404-250 | |
0,45 micras filtro de jeringa de 4-mm nylon | Nalgene | 176-0045 | |
FITC | Sigma-Aldrich | F4274 | |
PDMS (polidimetilsiloxano) | Dow Corning | 3097358-1004 | Sylgard 184 Elastómero kit a través de Adhesivos Ellsworth |
2-cámara de diapositivas | NUNC | 177380 | |
Pluronic F108 | BASF | 30089186 | |
Aquarium sellador | Dow Corning | DAP 00688 | |
Fluormount-G | Southern Biotech | 0100-01 | |
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Girar revestidor | WS-400B-6NPP/LITE | Laurell Technologies Corporation | |
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