A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
כאן מוצג פרוטוקול לבניית מערכת מהירה ולא הרסנית למדידת דחיסות התא או הגרעין על בסיס מיקרו-מכשיר אקוסטופלואידי. נחקרו שינויים בתכונות המכניות של תאי הגידול לאחר מעבר אפיתליאלי-מזנכימלי או קרינה מייננת, המדגימים את סיכויי היישום של שיטה זו במחקר מדעי ובפרקטיקה הקלינית.
מכניקת התאים ממלאת תפקיד חשוב בגרורות סרטניות, טרנספורמציה ממאירה של תאים, ורגישות רדיו. במהלך תהליכים אלה, חקר התכונות המכניות של התאים הוא לעתים קרובות מאתגר. שיטות מדידה קונבנציונליות המבוססות על מגע כגון דחיסה או מתיחה מועדות לגרום נזק לתאים, ומשפיעות על דיוק המדידה ועל תרבית התאים שלאחר מכן. מדידות במצב דבק יכולות גם הן להשפיע על הדיוק, במיוחד לאחר הקרנה מכיוון שקרינה מייננת תשטח תאים ותגביר את ההדבקה. כאן פותחה מערכת מדידה של מכניקת התא המבוססת על שיטה אקוסטופלואידית. ניתן להשיג את דחיסות התא על ידי רישום מסלול תנועת התא תחת פעולת הכוח האקוסטי, אשר יכול לממש מדידה מהירה ולא הרסנית במצב מושעה. מאמר זה מדווח בפירוט על הפרוטוקולים לתכנון שבבים, הכנת דגימה, הקלטת מסלול, חילוץ וניתוח פרמטרים. הדחיסות של סוגים שונים של תאי גידול נמדדה על בסיס שיטה זו. מדידת הדחיסות של הגרעין הושגה גם על ידי התאמת תדר התהודה של הקרמיקה הפיאזואלקטרית ורוחב המיקרו-ערוץ. בשילוב עם אימות ברמה המולקולרית של ניסויים אימונופלואורסצנטיים, הושוו דחיסות התאים לפני ואחרי מעבר אפיתל למעבר מזנכימלי (EMT) המושרה על ידי תרופות. יתר על כן, השינוי של דחיסות התא לאחר קרינת רנטגן עם מינונים שונים נחשף. שיטת המדידה של מכניקת התא המוצעת במאמר זה היא אוניברסלית וגמישה ויש לה סיכויי יישום נרחבים במחקר מדעי ובפרקטיקה הקלינית.
תכונות מכניות של תאים ממלאות תפקיד חשוב בגרורות סרטניות, טרנספורמציה ממאירה של תאים, ורגישות רדיו-רגישות 1,2. כדי לקבל הבנה מעמיקה של תפקידן של התכונות המכניות של התא בתהליך הנ"ל, מדידה מדויקת של מכניקת התאים היא קריטית, והמדידה לא אמורה לגרום נזק לתאים לצורך תרבית וניתוח עתידיים. תהליך המדידה צריך להיות מהיר ככל האפשר, אחרת הכדאיות של התאים עלולה להיות מושפעת אם תאים מוסרים מסביבת הטיפוח במשך זמן רב.
שיטות המדידה הקיימות של מכניקת התאים מתמודדות עם מגבלות מסוימות. שיטות מסוימות, כגון ציטומטריה של פיתול מגנטי, פינצטה מגנטית ומיקרורולוגיה העוקבת אחר חלקיקים, גורמות נזק לתאים עקב החדרת חלקיקים לתאים 3,4,5. שיטות המודדות על ידי מגע עם תאים, כגון מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM), שאיפת מיקרו-פיפטה, מיקרו-התכווצות וטכניקת לוחות מקבילים, מועדות גם הן לפגיעה בתאים וקשה להגדיל את התפוקה ב-6,7,8. בנוסף, קרינה מייננת תשטח תאים ותגביר את הידבקותם9; לכן יש צורך למדוד מכניקה של תאים שלמים בהשעיה.
בתגובה לאתגרים הנ"ל, פותחה מערכת מדידה של מכניקת התא המבוססת על שיטה אקוסטופלואידית 10,11,12,13,14. רוחב הערוץ מותאם לחצי אורך הגל האקוסטי, ובכך יוצר צומת גל עומד בקו האמצע של המיקרו-ערוץ. תחת פעולה של כוח קרינה אקוסטית, התאים או חרוזים סטנדרטיים יכולים לעבור לצומת הלחץ האקוסטי. מכיוון שהתכונות הפיזיקליות של החרוזים הסטנדרטיים (גודל, צפיפות ודחיסות) ידועות, ניתן לקבוע את צפיפות האנרגיה האקוסטית. לאחר מכן, ניתן להשיג את דחיסות התאים על ידי רישום מסלולי התנועה של תאים בשדה האקוסטי. ניתן להשיג מדידה לא הרסנית בתפוקה גבוהה של תאים במצב השעיה. מאמר זה יציג את העיצוב של השבב המיקרופלואידי, הקמת המערכת ושלבי המדידה. מדידה של סוגים שונים של תאים סרטניים בוצעה כדי לאמת את הדיוק של השיטה. היקף היישום של שיטה זו הורחב למבנים תת-תאיים (כגון גרעין) על ידי התאמת תדר התהודה של הקרמיקה הפיאזואלקטרית ורוחב המיקרו-ערוץ. בנוסף, נחקרו השינויים בדחיסות התאים לאחר EMT הנגרם על ידי תרופות או קרינת רנטגן במינונים שונים. התוצאות מדגימות את הישימות הרחבה של שיטה זו ככלי רב עוצמה לחקר הקשר בין שינויים ביוכימיים לבין תכונות מכניות של תאים.
1. ייצור והרכבה של המיקרו-מכשיר האקוסטופלואידי
2. הכנת דוגמאות
3. מדידת הדחיסות של התא והגרעין
4. עיבוד נתונים
כאן, העבודה הציגה פרוטוקול לבניית מערכת מדידת דחיסות תאים מהירה ולא הרסנית המבוססת על מיקרו-מכשיר אקוסטופלואידי והדגימה את יתרונותיה למדידת תאים וגרעין במצבים שונים. איור 1 מראה את הסכימה של הערוץ המיקרופלואידי. הרכיבים וההרכבה של המיקרו-מכשיר האקוסטופלואידי מוצגים
שיטות מדידה נפוצות במכניקת התא הן AFM, שאיפת מיקרו-פיפטה, שיטות מיקרופלואידיות, טכניקת לוחות מקבילים, פינצטה אופטית, אלונקה אופטית ושיטות אקוסטיות20. שיטות מיקרופלואידיקה יכולות לעבוד עם שלוש גישות: מיקרו-כיווץ, זרימה מאריכה וזרימת גזירה. ביניהם, אלונקה אופטית, פינצטה אופטית, שי...
למחברים אין אינטרסים כספיים מתחרים או ניגודי עניינים אחרים.
מחקר זה נתמך על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מספרי מענקים 12075330 ו- U1932165) והקרן למדעי הטבע של מחוז גואנגדונג, סין (מענק מספר 2020A1515010270).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.25% trypsin(1x) | GIBCO | 15050-065 | |
502 glue | Evo-bond | cyanoacrylate glue | |
A549 | ATCC | CCL-185 | lung adenocarcinoma |
Cytonucleoprotein and cytoplasmic protein extraction kit | Beyotime | P0027 | Contains cytoplasmic protein extraction reagents A and B |
Dulbecco’s modified Eagle medium (DMEM) | corning | 10-013-CVRC | |
Fetal Bovine Srum(FBS) | AUSGENEX | FBS500-S | |
HCT116 | ATCC | CCL247 | colorectal carcinoma |
Heat-resistant glass | Pyrex | ||
Leibovitz’s L-15 medium | GIBCO | 11415-064 | |
MCF-7 | ATCC | HTB-22 | breast Adenocarcinoma |
MDA-MB-231 | ATCC | HTB-26 | breast Adenocarcinoma |
Minimum Essential Medium (MEM) | corning | 10-010-CV | |
Penicillin-Streptomycin | GIBCO | 15140-122 | |
Phosphate buffer | corning | 21-040-cvc | |
PMSF | Beyotime | ST506 | 100mM |
Polybead Polystyrene Red Dyed Microsphere | polysciences | 15714 | The diameter of microshpere is 6.00µm |
propidium iodide(PI) | Sigma-Aldrich | P4170 | |
SYLGARD 184Silicone ELASTOMER | Dow-Corning | 1673921 | Contains prepolymers and curing agents |
Trypan Blue | Beyotime | C0011 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved