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Method Article
Un metodo combinatorio screening funzionale per ottenere approfondimenti sugli impatti della composizione molecolare di microambienti su funzioni cellulari è descritto. Il metodo si avvale di microarray esistenti basate su tecnologie per generare matrici di microambienti definite combinatorie che supportano l'adesione cellulare e analisi funzionale.
Le interazioni tra le cellule e il loro micro circostante avere conseguenze funzionali per comportamento cellulare. A livello di singola cellula, microambienti distinti possono imporre differenziazione, migrazione e proliferazione fenotipi, e sul livello dei tessuti del microambiente processi complessi come morfogenesi e tumorigenesi 1. Non solo la cella e il contenuto molecolare di impatto microambienti delle cellule all'interno, ma lo fanno anche l'elasticità 2 e geometria 3 del tessuto. Definito come la somma totale di cellula-cellula,-ECM, e-solubili interazioni di fattori, oltre alle caratteristiche fisiche, il microambiente è complessa. I fenotipi di cellule all'interno di un tessuto sono in parte a causa del loro contenuto di genomica e in parte a causa delle interazioni con il microambiente combinatorie. Una delle maggiori sfide è quello di collegare specifiche combinazioni di componenti microambientali con comportamenti distintivi. ent "> Qui, vi presentiamo il microambiente microarray (MEArray) piattaforma per il cell-based screening funzionale di interazioni con microambienti combinatorie 4. Il metodo consente il controllo simultaneo della composizione molecolare e il modulo elastico, e combina l'uso di microarray ampiamente disponibili e tecnologie micropatterning. schermi MEArray richiedono da un minimo di 10.000 cellule per matrice, che facilita gli studi funzionali di tipi di cellule rare, come le cellule progenitrici adulte. Un limite di questa tecnologia è che microambienti tessuto intere che non può essere completamente ricapitolato su MEArrays. Tuttavia, il confronto di risposte nel tipo di cellula stessa a numerosi microambienti correlati, ad esempio le combinazioni a coppie delle proteine ECM che caratterizzano un determinato tessuto, fornirà approfondimenti come i componenti microambientali suscitare fenotipi funzionali tessuto-specifiche.
MEArrays può essere stampato usando una varietà di ricombinante GROfattori wth, citochine e proteine purificate ECM, e loro combinazioni. La piattaforma è limitato solo dalla disponibilità di reagenti specifici. MEArrays sono suscettibili di analisi e ritardi, ma più spesso vengono utilizzati per l'analisi del punto finale di funzioni cellulari che sono misurabili con sonde fluorescenti. Per esempio, la sintesi del DNA, apoptosi, acquisizione di stati differenziati, o di prodotti genici specifici sono comunemente misurata. Brevemente, il flusso di base di un esperimento MEArray è preparare vetrini rivestiti con substrati di stampa e di preparare la piastra master di proteine che devono essere stampati. Quindi gli array sono stampati con un robot microarray, le cellule sono fatte attaccare, crescere in coltura, e quindi sono chimicamente fissato al raggiungimento del punto finale sperimentale. Saggi fluorescenti o colorimetrico, ripreso con microscopi tradizionali o scanner microarray, sono utilizzati per rivelare importanti fenotipi molecolari e cellulari (Figura 1).
1. Preparazione di stampa Substrati
La decisione di utilizzare polidimetilsilossano (PDMS) rivestita o poliacrilammide (PA) rivestite vetrini dipende dai parametri importanti del disegno sperimentale. Il modulo elastico dei due polimeri possono essere sintonizzati per simulare le rigidezze dei diversi tessuti, alterando la base / cura rapporto PDMS, e l'acrilammide / bis-acrilamide rapporto PA. PDMS può imitare tessuti rigidi nel range di 1-10MPa (cartilagine esempio, cornea, e pareti arteriose), e PA può imitare più morbidi tessuti nell'intervallo 100Pa-100kPa (es. mammella, cervello, fegato e prostata) 5. PDMS è poco costoso, facile da preparare, e la geometria delle caratteristiche stampate sarà identico alla testa dei perni di stampa. Così la dimensione e la forma delle caratteristiche può essere facilmente controllata mediante perni con geometrie diverse. PDMS è più idrofobico di PA, che provoca alcuni problemi durante la manipolazione cellulare e immunoscontenenti passi, e può essere incompatibile con alcune linee cellulari. Perché PA è un idrogel e un nativo non-fouling superficie, le cellule solo allegare al punti in cui ci sono le proteine che le cellule adesione al supporto. La geometria delle caratteristiche stampati su gel PA non seguire con precisione la geometria della testa di spillo, di solito diventano circoli a causa della diffusione, indipendentemente dalla geometria pinhead utilizzato. Stampa di contatto parametri di tempo e di diametro pin può essere empiricamente determinato per dimensione del tratto ottimale su gel PA.
Polidimetilsilossano (PDMS)
Poliacrilammide (PA)
Modulo desiderato (Pa) | Acrilamide% | Bis-acrilamide% | L'acrilamide dal 40% magazzino (ml) | Bis-acrilamide dal 2% magazzino (ml) | Acqua deionizzata (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 |
40400 ± 2390 | 8 | 0,48 | 2 | 2,4 | 5,6 | 100 | 10 |
Adattato da 6,7.
2. Proteine Maestro Preparazione Piatto
3. MEArray stampa
4. Coltura di cellule di mammifero su MEArrays per l'analisi funzionale
5. Risultati rappresentativi
Un esempio di deposizione di proteine modellato su un circuito stampato PDMS-costeggiato MEArray utilizzando una squadra punta sugli silicio su un perno penna microarray-stampa robot è mostrato in Figura 2. Deposizione di proteine diverse che vengono stampate può essere verificato immunofluorescenza usando anticorpi (Figura 2A). Diluizioni delle soluzioni proteiche nella piastra master sono riflettenti della quantità (intensità fluorescente) che si deposita sulla superficie di substrati di stampa (Figura 2B). Cellule devono allegare alle caratteristiche stampate in maniera evidente modellata (Figura 2C).
Un esempio di un esperimento che mostra MEArray diluizioni inversi di due proteine microambiente suscitato specifici profili di espressione di cheratina in modo dipendente dalla concentrazione proteica in un umano p multipotenti epiteliali mammarielinea cellulare rogenitor (D920 cellule), è mostrato in Figura 3. Trame Bubble sono utili per determinare se specifici fenotipi sono imposti sulle cellule sulle funzioni multiple su una serie di diluizioni. Per esempio, se una molecola particolare in un microambiente provoca un fenotipo distinto, una volta che il componente è stato diluito istruttivo abbastanza in uno sfondo di un ECM neutro il fenotipo deve cambiare o scomparire. Rilevamento Immunofluorescenza di cheratina cheratina 8 e 14 proteine filamenti intermedi è stato eseguito con un 4200A Axon (Molecular Devices) scanner per microarray. Dodici serie di diluizioni replicati sono stati stampati su ogni MEArray, e il 2 rapporto registro di cheratina cheratina da 8 a 14 intensità media di fluorescenza è stata rappresentata come un complotto bolla per dare un'idea realistica di variazione e la riproducibilità del segnale. È mostrato dati da un MEArray che è stato fissato dopo aver attaccato cellule e le cellule non legate sono state lavate via (Figura 3A), e dopo 24 ore di culre (Figura 3B). Per questa analisi relativamente piccola, una ANOVA è stato utilizzato per determinare la varianza media dal segnale in ogni punto, e raggruppate a due code T-test sono stati utilizzati per determinare se le diverse diluizioni di collagene di tipo I e P-ricombinante umana caderina causato cambiamenti nell'espressione cheratina. Non c'era nessuna variazione rispetto al valore medio tra le cellule sulle caratteristiche appena dopo attaccamento, tuttavia, ci sono state differenze significative nell'espressione cheratina tra le cellule dopo 24 ore di esposizione ai diversi microambienti. T-test di verifica che tipo ad alta concentrazione di collagene ho suscitato maggiore cheratina 8 espressione, mentre alte concentrazioni di P-caderina suscitato un forte cheratina 14 Segnale dopo 24 ore. Questo risultato è stato coerente con le precedenti relazioni che la P-caderina contenenti microambienti imporrà di K14 che esprimono il fenotipo mioepiteliali bi-potenti cellule progenitrici mammarie 4.
Un esempio di scanner a tuttad MEArray stampato su 40.000 Pa PA gel è mostrato in Figura 4.
Figura 1. Un diagramma di flusso della procedura MEArray. Primo, i substrati di stampa sono preparati sia con PDMS o PA. In secondo luogo, le piastre master sono preparati e annotati in un database. Terzo, le MEArrays sono stampati e codificati con numeri di serie. In quarto luogo, camere di coltura sono attaccati, le superfici sono blocchi e / o risciacquato, quindi le cellule sono consentito per il collegamento e le cellule non legate vengono lavate via. Quinto, le cellule possono essere trattati con colorazione o saggio biologico dopo un periodo di incubazione su disegno sperimentale. Infine, Immagini di MEArray possono essere ottenuti e analizzati con scanner e software adeguati.
Figura 2. Deposabbondanza ition e relativa di proteine stampati possono essere verificati con immunocolorazione prima di adesione delle cellule. A) Gli anticorpi che hanno riconosciuto collagene di tipo IV e laminina-111 sono stati utilizzati per verificare la loro presenza nelle caratteristiche stampate di un MEArray. B) Utilizzo di una media di intensità dei pixel di analisi in funzione NIH ImageJ software, l'abbondanza relativa delle due proteine attraverso una serie di diluizioni, partendo da una soluzione proteica 200 mcg / ml, può essere valutata qualitativamente. C) Fase di Micrografia D920 cellule attaccate alla forma quadrata caratteristiche di un PDMS stampato rivestito MEArray.
Figura 3. Un esempio di analisi MEArray utilizzando cambiamenti nell'espressione cheratina in una linea di cellule progenitrici multipotenti come funzioni del tempo e microambiente. Ogni bolla rappresenta i rapporti di cheratina cheratina 8 e 14 livelli di proteine 10-15 cellule attaccate ad un featura in un MEArray. L'espressione è stata determinata con sonde immunofluorescenza. A) mostra i rapporti di cheratina in cellule appena dopo attaccamento, e B) mostra i rapporti di cheratina dopo 24 ore su un array che è stata placcata in parallelo. La concentrazione massima di entrambe le proteine era 200 pg / ml e diluita due volte. Il diametro di una bolla rappresenta il valore del rapporto log 2 di cheratina cheratina 8 e 14 intensità media, e la codifica colore arancione e bianco indica valori> 0 e <0, rispettivamente. F-value per one-way ANOVA e P-valori di T-test, e le staffe con le frecce che identificano le popolazioni a confronto, sono mostrati.
Figura 4. Un esempio di scansione MEArray acquisito utilizzando una modalità piastrelle di acquisizione su un microscopio confocale a scansione laser. HCC1569 cellule ci hanno permesso di incorporare il DNA analogico EdU per 4 ore prima della fissazione.DAPI (blu) e Edu (rosso) sono mostrati.
Il metodo qui presentato MEArray consente analisi funzionali della cellula e interazioni microambiente combinatori 4. Analisi MEArray combina l'uso di tecnologie di micropatterning di base, biologia cellulare, e robot di stampa microarray e dispositivi di analisi che sono disponibili in molti impianti multiutente. MEArray schermi sono compatibili con più tipi di cellule aderenti, sebbene senza siero formulazioni supporti possono essere necessario regolare in alcuni casi per includere BSA o siero <1%, ...
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
ML è sostenuto dalla NIA (R00AG033176 e R01AG040081) e dal Laboratorio di ricerca e sviluppo Diretto, US Department of Energy # contratto DE-AC02-05CH11231.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome del reagente | Azienda | Numero di catalogo | Commenti (opzionale) |
Vetrini 25 mm x 75 millimetri | VWR | 48311-600 | |
Vetro coprioggetti (n ° 1) 24 mm x 50 mm | VWR | 48393-241 | |
Colorazione piatto (o vaso Coplan) | VWR | 25461-003 | |
Piastre di Petri (15 cm) | BD Falcon | 351058 | |
NaOH (1.0N) | Sigma-Aldrich | S2567 | |
APES (> 98% (3-Aminopropyl) trietossisilano) | Sigma-Aldrich | A3648 | |
Glutaraldeide | Sigma-Aldrich | G7651 | 50% in acqua |
APS (> persolfato di ammonio 98%) | SIGMA-Aldrich | A3678 | Preparare soluzione al 10% di lavoro con DDH 2 O |
TEMED (N, N, N ', N'-tetrametiletilendiammina) | Sigma-Aldrich | T9281 | |
Acrilamide (40%) | Sigma-Aldrich | A4058 | |
Bis-acrilamide (2% w / v) | Fisher BioReagents | BP1404-250 | |
0,45 micron filtro siringa da 4 mm nylon | Nalgene | 176-0045 | |
FITC | Sigma-Aldrich | F4274 | |
PDMS (polidimetilsilossano) | Dow Corning | 3097358-1004 | Sylgard 184 kit elastomero via Adesivi Ellsworth |
2-camera di diapositive | NUNC | 177380 | |
Pluronic F108 | BASF | 30089186 | |
Aquarium sigillante | Dow Corning | DAP 00688 | |
Fluormount-G | Southern Biotech | 0100-01 | |
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