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Method Article
세포 기능에 microenvironments의 분자 구성의 영향에 통찰력을 얻기위한 조합 기능 검사 방법을 설명합니다. 방법은 세포 접착 및 기능 분석을 지원하는 정의 조합 microenvironments의 배열을 생성하기 위해 기존의 microarray 기반 기술을 활용합니다.
세포와 주변 microenvironment 사이의 상호 작용은 세포의 행동에 기능 결과가 있습니다. 단일 세포 수준에서 독특한 microenvironments는 차별화, 마이그레이션 및 확산 phenotypes을 부과 할 수 있으며, 조직 수준에서 microenvironment는 morphogenesis와 tumorigenesis 일처럼 복잡한 처리합니다. 만 내 microenvironments 영향 세포의 세포와 분자 내용을했지만 때문에 탄성 2, 조직의 구조 3 할 수 없습니다. 셀 - 셀, - ECM, 및 가용성 요소 상호 작용의 합으로 정의, 물리적 특성뿐 아니라, microenvironment가 복잡합니다. 조직 내에서 세포의 phenotypes는 게놈 콘텐츠 및 microenviroment과 조합 상호 작용에 부분적으로 인해 부분적으로 인해 수 있습니다. 주요 과제는 독특한 행동과 microenvironmental 구성 요소의 특정 조합을 연결하는 것입니다. 다닐 "> 여기에서, 우리는 조합 microenvironments 4 상호 작용의 셀 기반의 기능 검사에 대한 microenvironment microarray (MEArray) 플랫폼을 제시한다. 방법은 분자의 조성과 탄성 계수의 동시 제어 할 수 있으며, 널리 사용 가능한 microarray의 사용을 결합 그리고 micropatterning 기술. MEArray 화면 그러한 성인 전구 세포와 같은 희귀 한 세포 유형의 기능 연구를 용이하게 배열 10,000 세포처럼 몇이 필요합니다. 기술의 한계는 전체 조직 microenvironments이 완전히 MEArrays에 recapitulated 할 수 있습니다.의 그러나, 비교 수많은 관련 microenvironments에 동일한 셀 유형의 응답 예를 들어 특정 조직을 특징 ECM 단백질의 pairwise 조합, microenvironmental 구성 요소가 조직 별 기능 phenotypes을 이끌어내는 방법에 통찰력을 제공 할 것입니다.
MEArrays는 재조합 촉진제 다양한을 사용하여 인쇄 할 수 있습니다wth 요인 크린 시토 킨 및 정화 ECM 단백질, 그리고 그 조합. 플랫폼은 특정 시약의 가용성에 의해 제한됩니다. MEArrays 시간은 실효 분석 의무가 있지만, 대부분 형광 프로브와 measureable 아르 세포 기능의 엔드 포인트 분석에 사용됩니다. 예를 들어, DNA 합성, apoptosis, 차별화 된 국가의 수집, 또는 특정 유전자 제품의 생산은 일반적으로 측정합니다. 간단히, MEArray 실험의 기본 흐름이 인쇄 substrata으로 코팅 슬라이드를 준비하고 인쇄 할 아르 단백질의 마스터 판을 준비하는 것입니다. 그런 다음 배열은 microarray 로봇과 함께 인쇄되어, 세포는 첨부 문화에 성장하고 화학적 실험 엔드 포인트에 도달시 고정 할 수 있습니다. 기존의 현미경이나 microarray 스캐너와 이미징 형광 또는 colorimetric assays은, 관련 분자 및 세포 phenotypes (그림 1)을 공개하는 데 사용됩니다.
1. 인쇄 Substrata 준비
(PA) polydimethylsiloxane (PDMS) - 코팅 또는 polyacrylamide - 코팅 슬라이드를 사용하는 결정은 실험 설계의 중요한 매개 변수에 따라 달라집니다. 두 고분자의 탄성 계수는 PDMS의 기본 / 치료 비율 및 PA의 아크릴 아미드 / 비스 - 아크릴 아미드 비율을 변경하여 다른 조직의 강성을 모방하도록 설계 할 수 있습니다. PDMS은 1 10MPa (예 연골, 각막, 그리고 동맥 벽)의 범위에서 엄격한 조직을 모방 할 수 있으며, PA는 100Pa-100kPa (예 : 유방암, 뇌, 간, 전립선) 5의 범위에서 부드럽고 조직을 모방 할 수 있습니다. PDMS는 준비, 저렴한 간단하고, 인쇄 기능의 형상은 인쇄 핀의 머리에 동일해야합니다. 따라서 기능의 크기와 모양은 정확하게 다른 팁 구조와 핀을 사용하여 제어 할 수 있습니다. PDMS는 세포 처리 및 immunos 동안 몇 가지 문제의 원인이되는, PA보다 더 소수성입니다단계를 taining, 그리고 일부 세포 라인과 호환 될 수 있습니다. PA는 히드로 겔과 기본 비 오염 표면이기 때문에, 세포는 지원하는 세포 접착 단백질이 있습니다 명소에 연결합니다. PA의 젤에 인쇄 된 기능의 구조가 정확히 바보의 형상을 따라하지 않는, 보통 사람들 확산으로 인해 원,에 관계없이 사용되는 핀의 대가리 형상의이됩니다. 인쇄 접촉 시간과 핀 직경 매개 변수는 경험적으로 PA의 젤에 최적의 기능 크기를 결정 할 수 있습니다.
Polydimethylsiloxane (PDMS)
Polyacrylamide (PA)
원하는 계수 (PA) | 아크릴 아미드의 % | 비스 - 아크릴 아미드의 % | 40 % 주식의 아크릴 아미드 (ML) | 2 %의 주식에서 비스 - 아크릴 아미드 (ML) | 탈 이온수 (ML) | APS (μl) | TEMED (μl) |
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 ± 2,390 | 8 | 0.48 | 이 | 2.4 | 5.6 | 100 | 10 |
6,7에서 적응.
2. 단백질 마스터 플레이트 준비
3. MEArray 인쇄
4. 기능 분석을위한 MEArrays에서 배양 포유류의 세포
5. 대표 결과
의 패턴 단백질 증착의 예 인쇄 된 PDMS-coasted 그림 2에 표시됩니다 퀼 핀 microarray - 인쇄 로봇에 평방 스쳐 실리콘 핀을 사용하여 MEArray. 인쇄 여러 단백질의 증착은 immunofluorescence 사용하는 항체 (그림 2A)에서 확인할 수 있습니다. 마스터 플레이트에있는 단백질 솔루션 Dilutions는 인쇄 substrata 표면 (그림 2B)에 입금되어있는 금액 (형광 강도)의 반영입니다. 셀 명백한 패턴 방식 (그림 2C)의 인쇄 기능에 연결해야합니다.
이 microenvironment 단백질의 역 dilutions는 인간의 multipotent 유방 상피 P의 단백질 농도에 의존 방식으로 특정 각질 표현 프로필을 elicited을 보여 MEArray 실험의 예rogenitor 셀 라인 (D920 전지)는 그림 3에 표시됩니다. 버블 플롯은 특정 phenotypes가 희석 시리즈의 복제 기능에 대한 세포에 부과하는 여부를 결정하는 데 유용합니다. microenvironment에서 특정 분자가 뚜렷한 표현형의 원인이있는 경우 예를 들어, 한 번 될지는 구성 요소는 표현형 변경하거나 사라지게해야 중립적 인 ECM의 배경에 충분히 희석되었습니다. 각질 8 각질 14 중간 필라멘트 단백질의 Immunofluorescence 감지 축삭 4200a (분자 장치) microarray 스캐너를 통해 수행되었다. 열두 복제 희석 시리즈는 각 MEArray에 인쇄하고, 각질 14 각질 8 로그이 비율은 형광 강도는 신호의 변화와 재현성의 현실적인 아이디어를 제공하는 거품 플롯으로 그래프이라는 것을 의미했다. 표시는 세포 부착 한 및 언 바운드 세포 (그림 3A) 씻어 된 후 해결되었습니다 MEArray에서 데이터이며, cultu 24 시간 후재 (그림 3B). 이 상대적으로 작은 분석을 들어, 편도 ANOVA는 두 꼬리 T-테스트를 결정하는 데 사용 된 각 시점에서의 평균 신호의 변화를 결정하는 데 사용하고, 그룹화되었는지 여부를 유형의 서로 다른 dilutions I가 콜라겐과 재조합 인간 P- cadherin은 각질 표현의 변화를 일으켰습니다. 단지 첨부 파일 후 기능에 대한 세포 사이의 평균로부터 변화가 없었하지만, 세포 사이에 각질 표현에 큰 차이는 다른 microenvironments에 노출 24 시간 후가있었습니다. T-테스트는 검증이 높은 유형 I 고 P-cadherin의 농도는 24 시간 후 강한 각질 14 신호를 elicited 반면 콜라겐 농도가 높은 각질 8 식을 elicited. 이 결과는 P-cadherin 함유 microenvironments는 이중 강력한 유방 전구 세포 4 K14 - 표현 myoepithelial 표현형의 부과됩니다 이전 보고서와 일치했다.
전체 scanne의 예40,000 아빠 PA 젤에 인쇄 D MEArray은 그림 4에 표시됩니다.
그림 1. MEArray 절차의 흐름 차트입니다. 첫째, 인쇄 substrata는 PDMS 또는 PA로 하나 준비가되어 있습니다. 둘째, 마스터 플레이트가 데이터베이스에 준비하고 주석이 있습니다. 셋째, MEArrays는 인쇄 일련 번호로 인코딩됩니다. 넷째, 문화 챔버가 부착되어 표면 블록 및 / 또는 헹구어 다음 셀이 부착 할 수 있으며, 언 바운드 세포 씻어 아르 수 있습니다. 다섯째, 세포는 실험 설계에 따라 부화 기간 후 얼룩이나 바이오 검정으로 처리 할 수 있습니다. 마지막으로, MEArray의 이미지를 획득하고 적절한 스캐너와 소프트웨어로 분석 할 수 있습니다.
그림 2. Depos인쇄 단백질의 ition와 상대 풍부한이 세포 부착하기 전에 immunostaining을 확인할 수 있습니다. A) 유형 IV 콜라겐을 인식하고 laminin은-111은 MEArray의 인쇄 기능에서의 존재를 확인하는 데 사용 된 항체. B) NIH ImageJ 소프트웨어, 200 μg / ML 단백질 솔루션부터 dilutions 일련의,에서 두 단백질의 상대적 풍부한의 평균 픽셀 강도 분석 기능을 사용하여 질적 평가 할 수 있습니다. 인쇄 PDMS 코팅 MEArray의 사각형 기능에 첨부 된 D920 전지의 C) 위상 현미경.
그림 3. 시간과 microenvironment의 기능으로 multipotent 전구 세포 라인에 각질 표현의 변화를 사용하여 MEArray 분석의 예라고 할 수 있습니다. 각 거품이 각질 8 각질의 비율 유한 요소 분석법에 부착 10-15 셀로부터 14 단백질 수준을 나타냅니다MEArray에 진짜야. 표현식은 immunofluorescent 프로브로 결정했습니다. A) 만 첨부 한 후 세포의 각질 비율을 표시하고, B) 병렬로 도금 된 배열에서 24 시간 후 각질 비율을 보여줍니다. 두 단백질의 최대 농도는 200 μg / ML 및 희석 2 배이었다. 거품의 직경은 각질 8 각질 14 평균 강도의 로그 2 비율의 크기를 나타내고, 주황색과 흰색 색상 코딩은 각각, 가치> 0 <0을 나타냅니다. 편도 ANOVA와 T-테스트와 비교하여 인구를 식별하는 화살표가있는 괄호에서 P-값에 대한 F-값은 표시됩니다.
그림 4. MEArray 스캔의 예는 공 촛점 현미경 레이저에 타일 수집 모드를 사용 받았습니다. 우리가 고정하기 전에 4 시간의 DNA 아날로그 에듀을 통합 할 수 HCC1569 세포.DAPI (파란색)와 에듀는 (빨간색) 표시됩니다.
여기에 제시된 MEArray 방법은 셀 및 조합 microenvironment의 상호 작용 4 기능 분석을 할 수 있습니다. MEArray 분석은 기본 micropatterning 기술, 세포 생물학, 및 microarray 인쇄 로봇과 많은 다중 시설에서 사용할 수있는 분석 기기의 사용이 조화를 이루고 있습니다. 혈청이없는 미디어 공법은 첨부 파일을 향상시킬 수 BSA 또는 <1 %의 혈청을 포함하는 경우에 조정해야 할 수도 있지만 MEArray 화면은 ?...
관심 없음 충돌이 선언 없습니다.
ML은 NIA (R00AG033176 및 R01AG040081)와 실험실 감독 연구 및 개발, # DE-AC02-05CH11231 에너지 계약의 미국과로 지원됩니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
시약의 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 코멘트 (선택 사항) |
유리는 25mm X 75mm를 슬라이드 | VWR | 48311-600 | |
유리 coverslips (제 1) 24mm X 50mm | VWR | 48393-241 | |
착색 요리 (또는 Coplan 병) | VWR | 25461-003 | |
배양 접시 (15 ㎝) | BD 팔콘 | 351058 | |
NaOH (1.0N) | 시그마 - 알드리치 | S2567 | |
원숭이 (> 98% (3-Aminopropyl) triethoxysilane) | 시그마 - 알드리치 | A3648 | |
글 루타 알데히드 | 시그마 - 알드리치 | G7651 | 물 50 % |
APS (> 98 % 암모늄 Persulfate) | 에스igma - 올드리치 | A3678 | ddH 2 O와 10% 작업 솔루션을 준비 |
TEMED (N, N, N ', N'-Tetramethylethylenediamine) | 시그마 - 알드리치 | T9281 | |
아크릴 아미드 (40 %) | 시그마 - 알드리치 | A4058 | |
비스 - 아크릴 아미드 (2 % w / V) | 피셔 BioReagents | BP1404-250 | |
0.45 μm의 주사기 필터 4 mm 나일론 | Nalgene | 176-0045 | |
FITC | 시그마 - 알드리치 | F4274 | |
PDMS (polydimethylsiloxane) | 다우 코닝 | 3097358-1004 | 엘스 워드 접착제를 통해 Sylgard 184 엘라스토머 키트 |
2 챔버 슬라이드 | NUNC | 177380 | |
Pluronic F108 | BASF | 30089186 | |
궁금 하네arium 밀봉 | 다우 코닝 | DAP 00,688 | |
Fluormount-G | 남부 생명 공학 | 0100-01 | |
일회용 플라스틱 컵 | |||
혀 depressors | |||
니트릴 장갑 | |||
플라스틱 현미경 슬라이드 상자 | |||
스핀 coater | WS-400B-6NPP/LITE | Laurell 기술 공사 | |
오븐 | |||
디지털 열판 | |||
384 잘 접시 | microarray 로봇에 적합한 브랜드 | ||
Microarray 인쇄 로봇 | |||
역 위상 및 형광 현미경 | |||
축삭 microarray 스캐너 | 분자 장치 | 여러 구성이 존재 |
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