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Method Article
이 비디오에서는, 우리는 세포 배양에 적합 규격, 세포외 매트릭스 (ECM) 코팅 기판을 조작하는 데 사용되는 실험 기법을 설명하고, 견인 힘 현미경 의무가 있으며, 세포 행동 ECM의 강성의 영향을 관찰하는.
세포외 매트릭스 (ECM)에 세포 부착의 조절은 세포 마이 그 레이션 및 ECM의 리모델링을 위해 필수적입니다. 초점 adhesions은 macromolecular 어셈블리 그 부부 ECM에 수축성 F - 굴지의 cytoskeleton을하고 있습니다. 이 연결은 세포막에 걸쳐 기본 기판에 세포 기계 병력의 전송을 허용합니다. 최근 작품은 ECM의 기계적 성질은 초점 접착력 및 F - 굴지의 형태뿐만 아니라, 세포 분화, 분열, 증식 및 마이 그 레이션 등 다양한 생리 과정을 조절 표시하고 있습니다. 따라서, 세포 배양 기판의 사용이 정확하게 제어 및 ECM 기계적 특성을 조절하기 위해 점점 더 널리 사용 방법이되었습니다.
자기편 세포에 초점 adhesions의 견인 세력을 계량하기 위해 준수 기판은 고해상도 이미지와 방법 칭했다 견인 힘 현미경 (TFM)에서 전산 기술과 함께 사용됩니다. 이 기술은 세포의 수축에 의해 유도 기판 deformations의 로컬 크기와 방향의 측정에 의존하고 있습니다. 찬란 태그 단백질의 고해상도 형광 현미경와 함께, 그것은 견인 세력과 cytoskeletal 조직 및 개조를 상호 연관시킬 수 있습니다.
여기 우리는 세포 수축 측정에 적합합니다 잘 특징, 조정할 수있는 기계 강성과 세포 배양 기판을 만들 목적으로 2 차원, 호환 매트릭스의 준비에 대한 자세한 실험 프로토콜을 제시한다. 이러한 프로토콜은 polyacrylamide의 hydrogels의 제조 등 젤에서 ECM의 단백질 코팅, 젤에 도금 세포 및 재관류 챔버를 사용하여 고해상도 공촛점 현미경을 포함합니다. 또한, 우리는 인용 TFM 프로토콜을 사용하여 세포 세력의 위치와 크기를 보여주는 데이터의 대표 샘플을 제공합니다.
1. coverslip 표면을 활성화
2. polyacrylamide의 준비 (PAA) 겔
3. PAA 젤로 세포외 매트릭스 (ECM) 단백질 커플링
세 개의 서로 다른 방법은 가기 PAA 젤의 표면 (3.1 및 3.2) 또는 겔 볼륨 (3.3) 내에서 ECM 단백질을 포함하는 하나 ECM 단백질을 첨부하는 데 사용할 수 있습니다. 여기, 우리는 1 시간에 10 μg / ML의 fibronectin 솔루션 부화 후 유리에 adsorbed 금액에 해당되는 표면 리간드 밀도 결과 PAA의 젤에 fibronectin의 결합에 대해 설명합니다. 방법을 선택을위한 고려 사항은 토론에 상세한 있습니다.
세포가 ECM - 코팅 겔 기판 (~ 6-12시)에 확산 수 후에이 단계를 실시하고 있습니다. 공촛점 이미징 챔버 (RC - 30WA)를 조립하기 위해서는지도를위한 워너 인스 트루먼 트의 웹 사이트를 참조하는 데 유용합니다.
대표 결과 :
위의 프로토콜은 세포 수축성을 공부에 대한 준수 PAA의 젤 준비를위한 실험 절차를 설명하고 그림 1에서 그림입니다. 이 프로토콜과 함께 얻은 겔 표면 전체에 골고루 포함된 형광 구슬 (그림 2A)와, 비교적 평평하고 부드럽게합니다.
초점 adhesions의 위치, 세포의 이미징 (그림 3A)와 겔 표면 (그림 3B)에서 겔 수축을 측정하는 것은 초점 adhesions의 공촛점 광학 비행기에서 수행되어야하는 경우. 세포 (거르지 않은) 자기편 (긴장) 대 떨어뜨려 때 젤의 수축은 겔 표면에서 임베디드 형광 구슬의 변위 (그림 3B)에 의해 시각하실 수 있습니다. 전산 알고리즘의 사용은 젤의 비드 변위 및 해당 탄성 계수 (그림 3C 및 3D) (Sabass 외., 2008)과 관련된 견인 스트레스를 얻을 수 있습니다. 영상은 겔 안에 깊이 이루어진다면, 비드 변위는 초점 adhesions에서 끼쳤다 견인 세력의 대표 작아 및되지 않습니다.
그림 1. 실험 설정의 도식 그림. 이 절차의 전반적인 목표는 세포 수축을 공부하기위한 목적으로 호환 매트릭스를 만드는 것입니다. 실험 절차의 첫 단계는 polymerized 젤을 고정하기위한 목적으로 amino-silane/glutaraldehyde 치료에 의해 coverslips를 활성화하는 것입니다. 두 번째 단계는 활성화 coverslip에, 형광 구슬을 포함, polyacrylamide 젤을 중합하는 것입니다. 세 번째 단계는 화학 물질을 포함 가교 3 단계에 나열된 세 커플링 기법 중 하나를 사용하여 polyacrylamide 젤의 표면에 세포 리간드니다. 세포는 다음 겔에 도금 및 준수하고 확산하기 위해 사용할 수 있습니다. 활성화된 세포 수축에서 젤에 포함된 구슬이 치환.
그림 2. PAA 젤 상단 표면의 광학 공촛점 슬라이스가로 (A.) 형광 40nm 겔 내에 내장된 구슬과 (B.) fibronectin의 immunofluorescence에 의해 시각.
그림 3. 견인 강제 실험 결과 대표. (A.) 인간 osteosarcoma의 U2OS 세포에 초점 adhesions는 M 아르GFP - paxillin 및 긴장 (녹색) 및 거르지 않은 (빨간색) 상태에 초점 adhesions을 기본 PAA 젤에 포함된 형광 구슬 (B.) 위치로 arked. 화살표는 구슬 변위의 예를 나타냅니다. (C.) 트랙션 스트레스 벡터와 견인의 (D.) 해당 열 규모의지도 (Sabass 외., 2008) 계산 알고리즘을 사용하여 젤의 수축에서 파생된 강조합니다. 스케일 바 = 5 μm의.
표 1 :
예를 들어 주식과 PAA 솔루션 작업은 (표 1의 데이터 첫번째 Yeung 동부 표준시. 알로부터 얻은. 독립적으로 우리 연구실에 확인되었습니다.)
주식 PAA 솔루션 | ||||
PAA 젤의 전단 계수 (PA) | 230 | 2833 | 8640 | 16,344 |
40 % 아크릴 아미드 (ML) | 1.25 | 3.12 | 2.34 | 2.50 |
2퍼센트 비스 - 아크릴 아미드 (ML) | 0.50 | 0.83 | 1.88 | 0.60 |
워터 (ML) | 3.25 | 1.04 | 0.78 | 1. 90 |
총 볼륨 (ML) : | 5 | 5 | 5 | 5 |
작업 PAA 솔루션 | ||||
증권 솔루션 사용 (PA) | 230 | 2833 | 8640 | 16,344 |
주식 솔루션 볼륨 (μL) | 150 | 150 | 200 | 300 |
워터 (μL) | 341.75 | 341.75 | 291.75 | 191.75 |
비즈 (μL) | 5 | 5 | 5 | 5 |
TEMED (μL) | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.75 |
10 % APS (μL) | 2.5 | 2.5 | 2.5 | 2.5 |
총 볼륨 (μL) | 500 | 500 | 500 | 500 |
최종 아크릴 아미드의 % | 3 | 7.5 | 7.5 | 12 |
최종 비스 - 아크릴 아미드의 % | 0.06 | 0.1 | 0.3 | 0.15 |
표 2 :
다양한 최종 아크릴 아미드와 비스 - 아크릴 아미드 비율의 PAA 기판의 전단 계수
12 % 아크릴 아미드 | 7.5 % 아크릴 아미드 | |||
% 비스 - 아크릴 아미드 | 전단 계수 (PA) | % 비스 - 아크릴 아미드 | 전단 계수 (PA) | |
0.145 | 16,344 | 0.01 | 689 | |
0.28 | 30,067 | 0.03 | 1535 | |
0.45 | 34,263 | 0.05 | 2286 | |
0.55 | 42,375 | 0.075 | 2833 | |
0.575 | 50,873 | 0.1 | 4069 | |
0.6 | 55,293 | 0.2 | 5356 | |
0.3 | 8640 | |||
5 % 아크릴 아미드 | 3 % 아크릴 아미드 | |||
% 비스 - 아크릴 아미드 | 전단 계수 (PA) | % 비스 - 아크릴 아미드 | 전단 계수 (PA) | |
0.05 | 430 | 0.02 | 1.3 | |
0.075 | 600 | 0.04 | 54 | |
0.1 | 1431 |
절차는 전산 추적 루틴 (Sabass 외., 2008)의 구현과 함께, 견인 힘 현미경 (TFM) 실험의 설정을 위해 여기에서 설명한, 마이크론 규모의 공간 해상도 세포 세력의 부량 수 있도록합니다. 실험 프로토콜을 최적화하기 위해서는 ECM의 리간드의 균일한 코팅을 가진 순수하고 균일한 겔 기판을 형성하는 것이 중요합니다. 우리는 아래의 잠재적인 함정을 논의 :
비 균일한 겔 표면 ?...
우리는 셀룰러 견인 세력 (Sabass 외., 2008)의 부량에 사용되는 전산 추적 소프트웨어 울리히 슈바르츠의 실험실을 감사드립니다. 이 작품은 버로우즈 웰컴 경력 수상과 ML Gardel 의료 과학 국립 연구소 서비스 어워드 (5 T32 GM07281) SP 겨울에하는 NIH 원장의 파이 오니아 수상 (DP10D00354)에 의해 지원되었다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3-aminopropyltrimethyoxysilane | Aldrich | 28, 177-8 | |
40% Acrylamide | Bio-Rad | 161-0140 | |
2% Bis-acrylamide | Fisher Scientific | BP1404 | |
TEMED | Fisher Scientific | BP 150-20 | |
Ammonium persulfate | Fisher Scientific | BP179 | |
40nm fluorescent micro-spheres | Invitrogen | F8789 | |
Sulfo-SANPAH | Pierce, Thermo Scientific | 22589 | |
Confocal imaging chamber (RC-30) | Warner Instruments | 64-0320 | |
Coverslip spinner | Home made | NA | |
Ultraviolet lamp CL1000 | UVP Inc. | 95-0228-01 | |
Stainless steel rack | Electron Microscopy Sciences | 72239-04 | |
acryloyl-X, SE (6-((acryloyl)amino)hexanoic acid) | Invitrogen | A-20770 | |
Hydrazine hydrate | Sigma-Aldrich | 225819 | |
Sodium meta-periodate | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 20504 | |
Isopropanol | Fisher Scientific | A416-4 | |
Fibronectin | Sigma-Aldrich | F2006 | |
Collagen | BD Biosciences | 354236 | |
Coverslips (#1.5) | Corning | 2940‐224 | |
Glutaraldehyde | Electron Microscopy Sciences | 16120 | |
Rain-X | SOPUS Products | www.rainx.com | |
Acetic Acid | Acros Organics | 64-19-7 |
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