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Method Article
Un procédé de criblage combinatoire fonctionnelle pour obtenir un aperçu des effets de la composition moléculaire du microenvironnement sur les fonctions cellulaires est décrite. La méthode tire parti des microréseaux à base de technologies permettant de créer des tableaux de définis microenvironnements combinatoires qui soutiennent l'adhésion cellulaire et l'analyse fonctionnelle.
Les interactions entre les cellules et leur microenvironnement environnante avoir des conséquences fonctionnelles de comportement cellulaire. Le niveau de la cellule unique, microenvironnements distincts peuvent imposer la différenciation, la migration et la prolifération des phénotypes, et sur le niveau des tissus du microenvironnement processus aussi complexe que la morphogenèse et la tumorigenèse 1. Non seulement la cellule et son contenu moléculaire de l'impact des micro-environnements les cellules à l'intérieur, mais il ne faut l'élasticité 2 et 3 de la géométrie des tissus. Définie comme la somme de cellule à cellule, ECM-, et solubles dans les interactions de facteurs, en plus des caractéristiques physiques, le micro-environnement est complexe. Les phénotypes de cellules dans un tissu sont partiellement en raison de leur teneur en génomique et en partie en raison des interactions combinatoires avec le microenviroment. Un défi majeur est de relier des combinaisons spécifiques de composants micro-environnement des comportements distinctifs. ent "> Ici, nous présentons le micro-puces à ADN (MEArray) plate-forme de criblage cellulaire fonctionnelle des interactions avec les micro-environnements combinatoires 4. La méthode permet le contrôle simultané de la composition moléculaire et le module d'élasticité, et combine l'utilisation de puces à ADN largement disponibles technologies micromodelage et. écrans MEArray nécessitent aussi peu que 10.000 cellules par réseau, ce qui facilite les études fonctionnelles des types de cellules rares, telles que les cellules souches adultes. Une limitation de cette technologie est que microenvironnements tissulaires entières peuvent pas être complètement récapitulé sur MEArrays. Cependant, la comparaison des réponses dans le même type de cellule à de nombreux micro-environnements connexes, par exemple les combinaisons deux à deux des protéines de la MEC qui caractérisent un tissu donné, donnera un aperçu de la manière dont les composants du microenvironnement obtenir des phénotypes spécifiques de tissus fonctionnels.
MEArrays peuvent être imprimés en utilisant une grande variété de recombinaison growth facteurs, des cytokines, des protéines purifiées et ECM, et des combinaisons de ceux-ci. La plate-forme est uniquement limitée par la disponibilité des réactifs spécifiques. MEArrays se prêtent à temps caduc analyse, mais sont le plus souvent utilisées pour les analyses de point final de fonctions cellulaires qui sont mesurables avec des sondes fluorescentes. Par exemple, la synthèse de l'ADN, l'apoptose, l'acquisition d'états différenciés, ou la production de produits de gènes spécifiques sont habituellement mesurés. En bref, le débit de base d'une expérience MEArray est de préparer des lames recouvertes de substrats d'impression et de préparer la plaque de maître de protéines qui doivent être imprimés. Puis les tableaux sont imprimés avec un robot de puces à ADN, des cellules sont autorisés à fixer, croître en culture, puis sont fixés chimiquement après avoir atteint le point limite expérimental. Dosages fluorescents ou colorimétriques, imagées avec des microscopes traditionnels ou les scanners puces à ADN, sont utilisés pour révéler pertinentes phénotypes moléculaires et cellulaires (figure 1).
1. Impression Substrata Préparation
La décision d'utiliser polydiméthylsiloxane (PDMS)-enduit ou de polyacrylamide (PA)-lames recouvertes dépend des paramètres importants de la conception expérimentale. Le module d'élasticité des deux polymères peuvent être ajustées pour imiter les raideurs des différents tissus en modifiant le rapport base / PDMS de durcissement, et le rapport d'acrylamide / bis-acrylamide de PA. PDMS peuvent imiter les tissus plus rigides dans la gamme de 1-10MPa (cartilage, par exemple, la cornée et les parois des artères), et PA peuvent imiter les tissus mous de l'ordre de 100Pa-100kPa (par exemple, du sein, du cerveau, du foie et de la prostate) 5. PDMS est peu coûteux, facile à préparer, et la géométrie des traits imprimés sera identique à la tête des aiguilles d'impression. Ainsi, la taille et la forme des fonctions peuvent être contrôlées avec précision en utilisant des épingles avec des géométries différentes pointes. PDMS est plus hydrophobe que PA, ce qui provoque des difficultés lors de la manipulation des cellules et immunoscontenant pas, et peut être incompatible avec certaines lignées cellulaires. Parce que PA est un hydrogel et un natif non-encrassement de la surface, les cellules ne fixer à des endroits où il n'y a que des protéines d'adhésion cellulaire de soutien. La géométrie des traits imprimés sur des gels de PA ne suit précisément la géométrie de la tête d'épingle; habituellement, ils deviennent des cercles en raison de la diffusion, quelle que soit la géométrie de tête d'épingle qui est utilisé. Impression des paramètres de contact diamètre de temps et la broche peut être déterminée empiriquement pour la taille caractéristique optimale sur des gels de l'AP.
Polydiméthylsiloxane (PDMS)
Polyacrylamide (PA)
Module désiré (Pa) | % D'acrylamide | Bis-acrylamide% | L'acrylamide en stock 40% (ml) | Bis-Acrylamide en stock 2% (ml) | De l'eau déminéralisée (ml) | APS (pl) | TEMED (pl) |
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 |
Adapté de 6,7.
2. Préparation Plate protéines Maître
3. Impression MEArray
4. La culture de cellules de mammifères sur MEArrays pour l'analyse fonctionnelle
5. Les résultats représentatifs
Un exemple de dépôt de protéines à motif imprimé sur un PDMS-côtoyé MEArray l'aide d'épingles à pointe carrée de silicium sur une plume broche de microréseaux d'impression robot est illustré à la figure 2. Dépôt de protéines différentes qui sont imprimés peut être vérifiée par immunofluorescence en utilisant des anticorps (figure 2A). Dilutions des solutions de protéines dans la plaque maître sont le reflet de la quantité (intensité de fluorescence) qui est déposée sur la surface de substrats d'impression (Figure 2B). Les cellules doivent s'attacher aux caractéristiques imprimées de manière évidente à motifs (figure 2C).
Un exemple d'une expérience montrant que MEArray dilutions inverses de deux protéines spécifiques microenvironnement suscité profils d'expression d'une protéine de kératine manière concentration dépendante dans un multipotentes mammaire p épithéliale humainelignée cellulaire rogenitor (D920 cellules), est présenté à la figure 3. Parcelles bulles s'avèrent utiles pour déterminer si des phénotypes spécifiques sont imposées sur les caractéristiques de cellules identiques d'une série de dilutions. Par exemple, si une molécule particulière dans un microenvironnement provoque un phénotype distinct, une fois le composant instructive a été dilué suffisamment dans un contexte de ECM neutre le phénotype doit changer ou disparaître. Détection par immunofluorescence de la kératine kératine 8 et 14 protéines des filaments intermédiaires a été réalisée avec un 4200A Axon (Molecular Devices) scanner microarray. Douze séries de dilution réplique ont été imprimés sur chaque MEArray, et le journal 2 Le ratio de la kératine kératine 14 8 à intensité moyenne de fluorescence a été représentée graphiquement comme un complot bulle pour donner une idée réaliste de la variation et de la reproductibilité du signal. Ci-données d'un MEArray qui a été fixé après que les cellules ont attachés et les cellules non liées ont été emportés (figure 3A), et après 24 heures de culture (figure 3B). Pour cette analyse, relativement faible, une analyse de variance à sens unique a été utilisée pour déterminer la variance de la moyenne du signal à chaque point dans le temps, et regroupés en deux tests t bilatéraux ont été utilisés pour déterminer si les différentes dilutions de collagène de type I et humaine recombinante P- cadhérine a provoqué des changements dans l'expression de la kératine. Il n'y avait pas de variation de la moyenne entre les cellules sur les caractéristiques juste après l'attachement, mais il y avait des différences significatives dans l'expression entre les cellules de kératine après 24 heures d'exposition à des micro-environnements différents. Les tests t vérifié ce type haute concentrations de collagène I a suscité plus kératine 8 expression, alors élevées P-cadhérine concentrations suscité une forte kératine de signal 14 après 24 h. Ce résultat est cohérent avec les rapports précédents que la P-cadhérine contenant des micro-environnements imposera des K14-exprimant le phénotype myoépithéliales le bi-puissants des cellules progénitrices mammaires 4.
Un exemple d'un scanner à touted MEArray imprimé sur un gel de 40.000 Pa PA est illustré à la figure 4.
Figure 1. Un organigramme de la procédure MEArray. Tout d'abord, les substrats d'impression sont préparées soit avec PDMS ou PA. Deuxièmement, les plaques maîtres sont préparés et annotés dans une base de données. Troisièmement, les MEArrays sont imprimés et codés avec des numéros de série. Quatrièmement, chambres de culture sont attachés, les surfaces sont des blocs et / ou rincée, puis les cellules sont autorisés à fixer et les cellules non liées sont éliminées. Cinquièmement, les cellules peuvent être traitées avec des taches ou bio-essai après une période d'incubation basée sur la conception expérimentale. Enfin, Images de MEArray peuvent être obtenues et analysées avec le scanner approprié et logiciels.
Figure 2. Deposition et l'abondance relative des protéines imprimées peut être vérifié avec immunomarquage avant la fixation des cellules. A) Les anticorps qui reconnaissent collagène de type IV et de la laminine-111 ont été utilisés pour vérifier leur présence dans les caractéristiques imprimées d'un MEArray. B) En utilisant une caractéristique intensité de pixel moyenne dans l'analyse NIH logiciel ImageJ, l'abondance relative des deux protéines à travers une série de dilutions à partir d'une solution de protéine de 200 pg / ml, peut être évaluée qualitativement. Micrographie phase C) des cellules attachées à D920 de forme carrée caractéristiques d'un imprimé à revêtement PDMS MEArray.
Figure 3. Un exemple d'analyse MEArray utilisant des changements dans l'expression de kératine dans une lignée de cellules progénitrices multipotentes comme une fonction du temps et du microenvironnement. Chaque bulle représente les rapports de la kératine kératine 8 et 14 niveaux de protéines de 10 à 15 cellules attachées à une feature dans un MEArray. L'expression a été déterminée avec des sondes d'immunofluorescence. A) montre les ratios de kératine dans les cellules juste après l'attachement, et B) montre les ratios de kératine après 24 heures sur un tableau qui a été étalée en parallèle. La concentration maximale de deux protéines était de 200 pg / ml et diluée 2 fois. Le diamètre d'une bulle représente l'amplitude du log 2 de la kératine rapport 8 et 14 kératine intensité moyenne, et le codage de couleur orange et blanc indique des valeurs> 0 et <0, respectivement. Valeurs de F pour une ANOVA et P-valeurs des tests t et des supports avec des flèches d'identifier les populations comparées, sont présentés.
Figure 4. Un exemple d'une analyse MEArray acquises en utilisant un mode d'acquisition de carrelage sur un microscope confocal à balayage laser. HCC1569 cellules nous a permis d'intégrer l'ADN analogique EdU pendant 4 heures avant la fixation.DAPI (bleu) et Edu (rouge) sont affichés.
La méthode présentée ici permet MEArray analyses fonctionnelles des cellules et les interactions combinatoires microenvironnement 4. MEArray analyse combine l'utilisation des technologies de base micromodelage, biologie cellulaire, et des robots d'impression microarray et des dispositifs d'analyse qui sont disponibles dans les installations multi-utilisateurs nombreux. MEArray écrans sont compatibles avec la plupart des types de cellules adhérentes, mais sans sérum formulations de milieux pe...
Aucun conflit d'intérêt déclaré.
ML est pris en charge par la NIA (R00AG033176 et R01AG040081) et Laboratoire de recherche et de développement en scène, US Department of Energy contrat # DE-AC02-05CH11231.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nom du réactif | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires (optionnel) |
Lames de verre 25 mm x 75 mm | VWR | 48311-600 | |
Verre de lamelles (n ° 1) 24 mm x 50 mm | VWR | 48393-241 | |
Bac de coloration (ou un bocal Coplan) | VWR | 25461-003 | |
Des boîtes de Pétri (15 cm) | BD Falcon | 351058 | |
NaOH (1,0 N) | Sigma-Aldrich | S2567 | |
APES (> 98% (3-aminopropyl) triéthoxysilane) | Sigma-Aldrich | A3648 | |
Glutaraldéhyde | Sigma-Aldrich | G7651 | 50% dans l'eau |
APS (> persulfate d'ammonium à 98%) | SIGMA-Aldrich | A3678 | Préparer solution à 10% de travail avec ddH 2 O |
TEMED (N, N, N ', N'-tétraméthyléthylènediamine) | Sigma-Aldrich | T9281 | |
L'acrylamide (40%) | Sigma-Aldrich | A4058 | |
Bis-acrylamide (2% v / v) | Fisher BioReagents | BP1404-250 | |
Seringue 0,45 um filtre à 4 mm en nylon | Nalgene | 176-0045 | |
FITC | Sigma-Aldrich | F4274 | |
PDMS (polydiméthylsiloxane) | Dow Corning | 3097358-1004 | Kit Sylgard élastomère 184 via Ellsworth Adhesives |
2-chambre diapositives | NUNC | 177380 | |
Pluronic F108 | BASF | 30089186 | |
Aqumastic arium | Dow Corning | DAP 00688 | |
Fluormount-G | Southern Biotech | 0100-01 | |
Gobelets en plastique jetables | |||
Abaisse-langues | |||
Les gants en nitrile | |||
Boîtes en plastique lames de microscope | |||
Tournette | WS-400B-6NPP/LITE | Technologies Corporation Laurell | |
Four | |||
Plaque de cuisson numérique | |||
Plaques 384 puits | Une marque appropriée pour le robot puces à ADN | ||
Robot d'impression microarray | |||
Phase inversée et microscope à fluorescence | |||
Axon microarray scanners | Molecular Devices | Plusieurs configurations existent |
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