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Method Article
This protocol describes customizable surface functionalization of the desthiobiotin, streptavidin, and APTES system in order to isolate specific cell types of interest. In addition, this manuscript covers the applications, optimization, and verification of this process.
One of the limiting factors to the adoption and advancement of personalized medicine is the inability to develop diagnostic tools to probe individual nuances in expression from patient to patient. Current methodologies that try to separate cells to fill this niche result in disruption of physiological expression, making the separation technique useless as a diagnostic tool. In this protocol, we describe the functionalization and optimization of a surface for the cellular capture and release. This functionalized surface integrates biotinylated antibodies with a glass surface functionalized with an aminosilane (APTES), desthiobiotin and streptavidin. Cell release is facilitated through the introduction of biotin, allowing the recollection and purification of cells captured by the surface. This release is done through the targeting of the secondary moiety desthiobiotin, which results in a much more gentle release paradigm. This reduction in harsh reagents and shear forces reduces changes in cellular expression. The functionalized surface captures up to 80% of cells in a single cell mixture and has demonstrated 50% capture in a dual-cell mixture. Applications of this technology to xenografts and cancer separation studies are investigated. Quantification techniques for surface verification such as plate reader and ImageJ analyses are described as well.
De sobremesa enfoques actuales de separación de células (por ejemplo, de células activada por fluorescencia 1, captura por láser micro-disección 2, inmuno-magnética separación del grano 1) puede tomar varias horas de preparación y de clasificación. Estas grandes escalas de tiempo pueden afectar los niveles de respuesta y fisiológicos de expresión, lo que resulta en análisis que no son representativos de la respuesta fisiológica 3. Sistemas que se necesitan rápida y eficiente puede aislar determinados tipos de células sin interrumpir los receptores de los niveles de la superficie celular con el fin de mejorar el aislamiento de células y el enriquecimiento para aplicaciones biomédicas. Por lo tanto, la razón de nuestro enfoque es el desarrollo de un enfoque suave para el aislamiento de células.
El "laboratorio en un chip" concepto ofrece la promesa de órdenes de magnitud más rápido aislamiento de células (horas-minutos-a), y con mayor frecuencia implica la captura de células sobre una superficie y células o conte intracelular liberaciónn id a través física 4,5 o 6 métodos químicos. Aunque estos enfoques ofrecen algunas ventajas tales como la identificación de la expresión de proteína 7,8, la identificación de la expresión del ARN 9-11, o incluso proporcionar células para el cultivo in vitro 12,13, muchas de estas técnicas no pueden ser traducidos a los diagnósticos, tales como perfiles de receptor de la célula debido a sus entornos no fisiológicas. Agentes de elevación enzimáticos tales como colagenasas también pueden afectar a los receptores de estas cantidades, es decir, 14,15 técnicas de cuantificación del receptor de células que usan estos agentes de elevación no generará datos fisiológicos precisos. Lisis celular previene la diferenciación entre los receptores de la superficie nativas, y las que se internaliza previamente 16. Este protocolo describe un enfoque rápido y suave para el aislamiento de células.
1. Limpieza de la superficie del vidrio y Preparación de Reactivos
2. APTES y funcionalización OSD
3. La funcionalización estreptavidina
4. Captura y liberación de la célula
5. Anticuerpo Optimización: Titulación de anticuerpos
6. Optimización de la célula: Titulación Celular
Análisis 7. Imagen
Nota: Se recomienda el paquete de software de Fiji (http://fiji.sc/Fiji) para el análisis de imágenes. Inicialmente, las imágenes se convirtieron en la imagen en escala de grises, y luego el brillo / contraste se modificó para permitir llevar a cabo las células.
El uso de este protocolo se muestra la captura de células (Figura 3A) y la liberación de células (Figura 3C) de células MCF7GFP, así como controles de células vivas (Figura 4). Se cuantificó la captura de células en un 60% y el 80% fueron puestos en libertad (Figura 3C). Cuando nos extendió este enfoque a una mezcla de RAW 264.7 macrófagos y células MCF7GFP, 50% de los macrófagos RAW fueron capturados
Las mejoras en las técnicas de aislamiento de células promueve estudios científicos en las relaciones estructura-función en la neurociencia 18, la programación celular en biología regenerativa, y la señalización angiogénica en la biología vascular 19 de vástago. De hecho, cultivo celular primario 20 (por ejemplo, HUVECs) en biología vascular se realiza principalmente a través del uso de técnicas de aislamiento de células. Aislamiento de células también fue utili...
The authors have nothing to disclose.
We would like to thank the American Cancer Society, Illinois Division (282802) and the National Science Foundation CBET (1512598) for funding support. We also would like to thank Dr. Dianwen Zhang from the University of Illinois Beckman Institute for microscopy training. Finally, we would like to thank Jared Weddell, Stacie Chen, and Spencer Mamer for insightful discussions.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
(3-Aminopropyl) triethoxysilane (APTES) | Acros Organics | 919-30-2 | Used to make 2% APTES solution |
Plasma Cleaner Pico | Diener | Model 1 | Cleans surfaces and allows for bonding of PDMS to glass |
d-Desthiobiotin (DSB) | Sigma | D20655 | Used as the releasing mechanism in the cellular capture surface. |
dimethyl sulfoxide (DMSO) | British Drug Houses (BDH) | BDH1115-1LP | Dissolves the DSB into solution |
1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) | Thermo-Scientific | 5g: 22980 25g: 22981 | Activates carboxylic acids and allows binding of proteins to glass surface. |
uncoated 8-well culture slide | BD Falcon | Case of 24: 354118 Case of 96: 354108 | Used in cellular experiments involving Zeiss fluorescence microscope such as initial capture and release quantification experiments |
Glass bottom 24-well plates | MatTek | P24G-0-13-F | Used in cellular experiments involving the plate reader such as antibody and cellular titration experiments |
Mercaptoethanol | Science Lab | 60-24-2 | Used to quench reaction between EDC and DSB |
4-Morpholinoethanesulfonic acid hydrate (MES Hydrate 99%) | Fisher Scientific | AC172590250 | Used to make 0.1 M MES Buffer for use in EDC reaction |
Precision Oven | Thermo Scientific | 11-475-153 | Used in curing of PDMS and APTES layer. |
Titramax 1000 Shaker | Heidolph | 13-889-420 | Used to ensure even distribution of APTES on surfaces. |
1x Streptavidin 5 mg [e7105-5mg] | Proteo Chem | 9013-20-1 | Biotin-binding protein. May cause irritation. |
5 cm Glass Dish | Fisher Scientific | 08748A | Used in HUVEC studies as well as future profiling studies. |
14 cm Petri Dish with Cover | Sigma-Aldrich | Z717231 | Used to hold samples being functionalized and transport them. |
MCF7-GFP cells | Cell Biolabs | AKR211 | Stored in liquid nitrogen |
RAW264.7 mouse macrophages | ATCC | TIB-71 | Gifted to us from Smith lab at the University of Illinois. Stored in liquid nitrogen. |
TrypLE | Life Technologies | 12605036 | Stored in 100 ml at room temperature |
Dulbecco’s modified Eagle medium | Cell Media Facility at School of Chemical Sciences at UIUC | 50003PC | Supplier: Corning |
Nonessential amino acids | Cell Media Facility at School of Chemical Sciences at UIUC | 25-025-CI | Already added into DMEM by facility. Supplier: Corning. |
Cell scraper | Fisher Scientific | 12-565-58 | Small 23 cm 50 pack |
Cell Dissociation Solution | Corning | MT-25-056CI | Used to lift cells non-enzymatically for the use in cell experiments |
Hemacytometer | Hausser | 02-671-54 | Used to count cells for quantification of cell solutions and capture and release effectivity. |
Biotin | Amresco | 58-85-5 | Used to release cells from surface. |
HBSS | Created from Recipe | N/A | Used to keep cells alive in suspension as well as wash surfaces of non-specific binding. Adapted from Cold Spring Harbor Protocols: In 500 ml, use 4 g NaCl, 0.2 g KCl, 0.0402 g Na2PO4•7H2O, 0.03 g KH2PO4 and 0.5 g glucose. Add DI water to get to 500 ml, filter, and then refrigerate. |
HLA-ABC Antibody | BioLegend | 311402 | Antibody used to capture MCF7gfp cells |
hIgG Antibody | BioLegend | HP6017 | Antibody used to capture MCF7gfp cells |
MCF7 GFP cells | Cell Biolabs | AKR-211 | Luminal Breast Cancer line that has been transfected with green fluorescent protein. |
Assorted Conicals | Thermo-Scientific | 15mL: 12-565-268 | 50/15 ml plastic conicals for storing solutions and aliquots. |
Mini-Tube Rotators (End over End Mixer) | Fisher Scientific | 05-450-127 | Used to incubate antibody and mix other cellular solutions in order to mix |
Axiovert 200M (Fluorescence Microscope) | Zeiss | N/A | Zeiss Axiovert 200 M inverted florescence microscope. |
Zeba Desalting columns | Thermo-Scientific | PI-87770 | Used to purify newly biotinylated antibodies after the use of the Biotinylation Kit. Instructions provided at: http://www.funakoshi.co.jp/data/datasheet/PCC/89894.pdf |
EZ Link Sulfo NHS Low Weight Biotinylation Kit | Thermo- Scientific | Used to biotinylate antibodies to allow them to integrate with the capture surface | |
Plate Reader | BioTek | Synergy HTX Multimode Reader | Used to quantitatively measure fluorescent intensity in the titration experiments. |
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