堅牢、マイクロ流体細胞内送達プラットフォームとしての細胞絞る

要約

細胞の急速な機械的な変形は高分子およびナノ物質の細胞内送達のための有望な、ベクトルフリー法として浮上している。このプロトコルは、幅広いアプリケーションのためのシステムを使用する方法の詳細な手順を提供しています。

要約

細胞の急速な機械的な変形は高分子およびナノ物質の細胞内送達のための有望な、ベクトルフリー法として浮上している。この技術は、以前は困難な用途に対処する電位を示した;を含む一次免疫細胞、細胞の再プログラミング、カーボンナノチューブ、量子ドット送達への送達。このベクターを含まないマイクロ流体プラットフォームは、ターゲット材料のサイトゾル送達を容易にするために、細胞膜の機械的破壊に依存している。ここで、我々は、デバイス組み立て、細胞調製物、およびシステム動作を含むこれらのマイクロ流体デバイスのための使用の詳細な方法を記載している。このアプローチは、送達装置タイプ、以前に報告されていないアプリケーションの動作条件の簡単な最適化を必要とする。このシステムは、特殊な緩衝剤または化学修飾/コンジュゲーション工程を必要としないように提供される命令は、ほとんどの細胞型および送達物質に一般化される。この作品も提供Sデバイスの性能を向上させ、目詰まり、低配信効率、および細胞の生存率に関連する潜在的な問題をトラブルシュートする方法に関する推奨事項。

概要

細胞の細胞質への巨大分子の送達は、治療および研究用途における重要なステップである。タンパク質送達は、臨床検査室³と⁴の両方の設定で細胞機能に影響を与える有望な手段であるが、ナノ粒子媒介送達は、例えば、遺伝子治療^の1,2のポテンシャルを示している。そのような小分子薬物、量子ドット、金ナノ粒子などの他の材料は^、5,6癌治療からの細胞内標識^7,8、および^9を追跡単一分子までの範囲の用途において重要である。

細胞膜は、巨大分子の大部分は不透過性である。多くの既存の技術が膜破壊やエンドサイトーシスの配信を容易にするために、ポリマーナノ粒子^10,11、リポソーム^12、または化学修飾^13を使用しています。これらの方法では、送達効率および細胞生存率は、多くの場合、目の構造に依存する電子標的分子および細胞型。これらの方法は、核酸のような構造的に均一な材料の配達時に効率的になりますが、多くの場合、そのようなタンパク質^14,15ナノ材料⁷など、より構造的に多様な材料の配信のために病気に適している。さらに、これらの方法のほとんどはに依存しているエンドソーム破壊メカニズムは、したがって、小胞構造¹⁶に捕捉された多くの素材を残し、多くの場合、非効率的である。最後に、多くの場合、確立された細胞株を使用するために開発されている方法は、一次細胞にうまく変換されません。

例えば、エレクトロポレーション^17,18および¹⁹ソノポレーションのような膜ポレーション法は、いくつかの用途において魅力的な代替物であるが、それらは、低い細胞生存率を引き起こすことが知られており、標的デリバリー材料の電荷によって制限され得る。

細胞の急速な機械的変形、納品までのマイクロ流体アプローチは、最近になっていますdemonstr細胞の再プログラミング²⁰とナノマテリアルの配信²¹のコンテキストで現在の技術に比べてその利点をated。この方法は、周囲の緩衝液中に存在する物質のサイトゾル送達を促進する細胞膜oを機械的な破壊に依存している。システムが以前に挑戦的細胞型において潜在的に可能にする（ 例えば、一次免疫細胞および幹細胞）を実証し、物質（ 例えば 、抗体およびカーボンナノチューブ）している。ここで、標的巨大分子の細胞内送達のためにこれらのデバイスを使用するための一般的な手順を説明する。しかし、それは以前に報告されていないアプリケーションのために、私たちの以前に報告された設計指針²⁰で詳述するように1が、条件の簡単な最適化を実施することをお勧めします。手順は、ほとんどの細胞型および送達物質に一般化される。今日までに、システムは、RNA、DNA、金ナノ粒子、量子ドット、カーボンナノチューブ、タンパク質の送達のために首尾よく使用されているS、およびデキストランポリマー^20,21。

プロトコル

1。ストレージ

1. 70％エタノール中貯水池、ホルダー、Oリングやマイクロ流体デバイスに保管してください。ほこりや外部粒子による蒸発や汚染を防止するための蓋を持っているコンテナ（ 例えば瓶やビーカー）を使用します。 （3）第三の内の1つの容器（1）と、第2の容器内のリザーバとO-リング（2）と、ホルダー内のデバイスを置く。

注：ストレージのための70％エタノールの使用は、無菌性を維持することである。ソリューションのコンポーネントのみがエタノールと水（ すなわち無変性剤）がある場合は、すべてのシステム·コンポーネントは、完全に互換性がなければならず、時間の経過とともに低下することはありません。

2. 実験にわたって交差汚染を防止し、目詰まりを起こすことができ、望ましくない粒子の存在を最小にするために、各使用前に、エタノール中の溶液の容器（2）と（3）を交換してください。

2。実験の準備

1. foの超音波浴に置き容器（2）及び（3）各使用前にR 5〜10分。これは、前の実験から任意の汚染粒子を除去するのに役立ちます。
2. 70％エタノール溶液でバイオセーフティーキャビネット中できれいなワークスペース。
3. 生物学的安全キャビネット内に置く前に、70％エタノール溶液ですべての材料（3容器、及びピンセット）を噴霧する。

3。アセンブリ

1. 作業領域に2〜3の低リントワイプ上下セット。
2. ピンセットでそのコンテナからプラスチック製のリザーバーを取り外し、内面からのエタノール溶液の蒸発を促進するためにワイプ上に設定してください。穏やかに表面上のリザーバをタップまたはエタノール溶液の除去を容易にするために、それらを介して空気を吹き込む。
3. 貯水池上での適切なスロットにOリングを挿入します。
4. それぞれの容器からホルダーとチップを取り外し、エタノールを蒸発させる（〜1〜2分）。
5. ホルダーに必要なチップフェイスアップ（最大すなわちアクセスホール）を配置するためにピンセットを使用してください。ホルダーを上げる必ずチップをホルダーに平らに置かれていることを確認し、必要に応じてピンセットで調整するeyelevelにチップを搭載した。重要：デバイスがそのホルダ内に正しくフィットしない場合、それはその後の工程中に破損する危険性がある。
6. 次に、そっとホルダーに貯水池を置き、クリップでそれらを合わせます。 Oリングは、このプロセスの間に、そのスロットから落ちないように注意してください。
7. 彼らは、カチッと音がするまで静かに貯水池を下に押します。貯水池の両側は、セキュアチップが正しい位置にあるように見えるということであることを確認してください。

4。細胞調製

1. 接着細胞（プライマリまたは確立された行）の場合：1〜2日前に、実験にプレート細胞彼らは実験日には80％以上コンフルエントないようにする。
2. （PBSまたは関連するメディアに）懸濁液中の細胞を置き、1.0×10 ⁶個/ ml ⁷ CEL 10 X 1.0へのオペレーティング濃度を目指すlsの個/ ml。注：我々は、セル濃度に配信性能に大きな変化は確認されていません。
3. 実験に必要な物質濃度を得るために、別のチューブに細胞や配送希望の材料を混ぜる。重要：記載の送達方法は、送達を容易にするために、拡散に依存しているため、より高い物質の濃度がより高い送達をもたらす。可能な場合は、最初の試験のために必要な材料の1μMのソリューションを使用することをお勧めします。必要に応じて、この濃度は、将来の実験でダウン滴定することができる。このデバイスに使用される最低報告された濃度は、10 nMで²¹です。

5。操作

1. ピペットリザーバ（現在の設計は、最大150μlの容量を有している）への細胞および送達物質との混合物。注：ほとんどのデバイスの設計は、そのためのチャネルを通る流れの方向は重要ではありません、完全に可逆的である。サンプルは、2つのリザーバのいずれかにロードされてもよい。
2. 満たされたタンクに圧力チューブを取り付け、（指のタイトが十分であることが多い）適切なシールを確保するために、ナットを締めます。
3. レギュレータ上の所望のレベルに圧力を調整します。これは、細胞が装置を通って移動する速度を制御する。ボタンが押されるまで、セルの流れが開始されないことに注意してください。

注：前作では、窒素または圧縮空気をキャリアガスとしても同様に取り組んできました。

4. 目の高さにデバイスを高め、リザーバ内の液体が簡単に見えるようにそれを向けます。注：貯水池が空になる前にシステムを遮断する液柱を追跡します。
5. リザーバを加圧すると、セルの流れを開始するためにボタンを押してください。
6. 液面がリザーバの底部から約2mmである場合には、速やかに流れを停止させる0 psiまでレギュレータを向ける。重要：リザーバが空になる前に、1つの流れを停止しなかった場合、一方はcollectioから試料を排出するリスクn個の貯水池。また、流体カラム（ 例えば 3倍遅い）かなりのペースで移動していない、又は実質的にその初期流量に対して鈍化していることに注意した場合、車載器は、おそらく詰まると交換する必要がある。詰まったデバイスを動作させると、より高い細胞死につながることができます。
7. 適切なリザーバから処理された細胞を収集し、必要なコレクションチューブ/プレートに配置します。重要：porated細胞は最大10分²⁰のための材料を取り込みしていきますように、この段階で任意のバッファに採取した細胞を希釈しないでください。このウィンドウが経過した後、所望の培地/緩衝液で細胞を希釈する。
8. 必要に応じて5.7 - より多くの処理された細胞を収集したり、代わりの実験条件を試してみてくださいするには、手順5.1を繰り返します。チップは可逆的であることを思い出して、そのための試料は、リザーバーのどちらかに取り付けることができます。彼らが目詰まりした場合、必要​​に応じてチップを交換してください。詰まったデバイスを廃棄します。

6。解体

1. そっと脇にクリップアームを押してメインホルダーから貯水池を外します。
2. （セクション1で詳述）適切な貯蔵容器内の各部品を配置します。
3. 廃棄のために別の容器に使用されるチップを置きます。

結果

図1は、微小流体送達システムの概略的記述を含んでいる。 図2a〜図bは蛍光共役3 kDaのデキストラン²⁰の存在下で、異なるデバイスの設計でHeLa細胞を処理することから、典型的な結果を示す。手順が正しく実行された場合、システム性能は、デバイスタイプと動作速度に敏感であろう。そのため、人はより複雑な実験に進む前に、特定のアプリケーションに?...

ディスカッション

記載の実験方法（チップ設計及び動作速度以外、すなわち因子）の特定の局面では、システムが適用される細胞タイプおよび送達材料に応じて最適化される必要があり得る。アドレスに実験を設計する際に考慮すべき最も一般的な要因のいくつかを以下の考察。

蛍光標識された化合物のための送出信号を改善するためには、バックグラウンド蛍光の供給源に対処?...

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Device Holder & Plastic reservoir	SQZ Biotechnologies	Holder
LSRFortessa Analyzer	Becton Dickinson	N/A	Flow cytometry machine used at the Koch Institute Core Facilities
Microfluidic device	SQZ Biotechnologies	Cell Squeeze
O-Rings	McMaster	9452K311
Pressure system to operate device	SQZ Biotechnologies	Pressure System
Tweezers
Ultrasound bath