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Method Article
Um método de triagem combinatória funcional para obtenção de conhecimentos sobre os impactos da composição molecular de microambientes sobre as funções celulares é descrito. O método tira partido de microarray existentes baseados em tecnologias para gerar matrizes de microambientes definidos combinatórias que suportam a adesão de células e análise funcional.
As interações entre as células e seu microambiente circundante tem consequências funcionais para o comportamento celular. No nível de célula única, microambientes distintos podem impor diferenciação, migração, proliferação e fenótipos, e sobre o nível do tecido processa o microambiente complexo como a morfogénese e tumorigénese 1. Não só o celular e molecular conteúdo de microambientes impacto que as células dentro, mas assim como a elasticidade 2 e 3 geometria do tecido. Definido como a soma total de célula-célula,-ECM, e solúveis em interacções dos factores, para além das características físicas, o microambiente é complexa. Os fenótipos de células dentro de um tecido são parcialmente devido ao seu conteúdo genómico e em parte devido às interacções com o microbiota combinatórias. Um grande desafio é unir combinações específicas de componentes microambientais com comportamentos distintos. ent "> Aqui, nós apresentamos o microambiente microarray plataforma (MEArray) para a célula baseada em triagem funcional de interacções com microambientes combinatórias 4. O método permite um controlo simultâneo da composição molecular e o módulo de elasticidade, e combina a utilização de microarray amplamente disponíveis tecnologias e micropatterning. telas MEArray requerem tão pouco quanto 10.000 células por matriz, o que facilita estudos funcionais de tipos de células raras, tais como as células progenitoras adultas. Uma limitação da tecnologia é que microambientes tecidos inteiros não pode ser completamente recapitulado em MEArrays. No entanto, a comparação das respostas no mesmo tipo de célula a numerosas microambientes relacionados, por exemplo, combinações de pares de proteínas de ECM que caracterizam um dado tecido, irá fornecer informações sobre a forma como os componentes do microambiente eliciar tecido-específicos fenótipos funcionais.
MEArrays podem ser impressos usando uma grande variedade de recombinante grofactores wth, citoquinas, e proteínas purificadas de ECM, e suas combinações. A plataforma é limitado apenas pela disponibilidade de reagentes específicos. MEArrays são passíveis de tempo caduco análise, mas na maioria das vezes são usados para análises de ponto final de funções celulares que são mensuráveis com sondas fluorescentes. Por exemplo, a síntese do DNA, a apoptose, a aquisição de estados diferenciados, ou a produção de produtos de genes específicos são normalmente medidos. Resumidamente, o fluxo de base de um experimento MEArray é preparar as lâminas revestidas com substratos de impressão e para preparar a placa mestre de proteínas que estão a ser impressa. Em seguida, as matrizes são impressas com um robô microarray, as células são deixadas a ligar, crescer em cultura, e, em seguida, são quimicamente fixados ao atingir o ponto de extremidade experimental. Ensaios fluorescentes ou colorimétricas, fotografados com microscópios tradicionais ou scanners microarray, são utilizados para revelar relevantes fenótipos celulares e moleculares (Figura 1).
1. Preparação impressão Substratos
A decisão para usar polidimetilsiloxano (PDMS) com revestimento ou de poliacrilamida (PA)-lâminas revestidas depende dos parâmetros importantes do design experimental. O módulo de elasticidade dos dois polímeros pode ser ajustado para imitar as rigidezes de tecidos diferentes, alterando a relação de base / cura de PDMS, e o rácio de acrilamida / bis-acrilamida de PA. PDMS pode imitar os tecidos mais rígidos na gama de 1-10MPa (por exemplo, cartilagem, a córnea, e as paredes das artérias), e de PA pode imitar os tecidos macios no intervalo entre 100 Pa-100kPa (por exemplo, da mama, do cérebro, do fígado, da próstata e) 5. PDMS é barato, fácil de preparar, e a geometria dos elementos impressos serão idênticos para a cabeça dos pernos de impressão. Assim, o tamanho e forma dos elementos pode ser controlado com precisão utilizando pinos com geometrias de ponta diferentes. PDMS é mais hidrofóbica do que PA, o que faz com que alguns desafios durante a manipulação de células e immunoscontendo os passos, e podem ser incompatíveis com algumas linhas de células. Porque PA é um hidrogel e uma superfície não-incrustante nativa, as células só juntar aos pontos em que existem proteínas que a adesão de células de suporte. A geometria dos elementos impressos sobre géis de PA não seguir precisamente a geometria da cabeça de alfinete, geralmente eles tornam-se círculos devido à difusão, independentemente da geometria da cabeça de alfinete, que é usado. Impressão de contacto parâmetros de tempo e de diâmetro do pino pode ser determinada empiricamente por tamanho em géis de funcionalidade óptima PA.
Polidimetilsiloxano (PDMS)
Poliacrilamida (PA)
Módulo desejado (Pa) | % De acrilamida | Bis-acrilamida% | Acrilamida do estoque de 40% (ml) | Bis-acrilamida a partir de estoque 2% (ml) | Água desionizada (ml) | APS (ul) | TEMED (ul) |
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 ± 2390 | 8 | 0,48 | 2 | 2,4 | 5,6 | 100 | 10 |
Adaptado de 6,7.
2. Preparação de proteína Placa Mestre
3. Impressão MEArray
4. Cultura de células de mamíferos em MEArrays de Análise Funcional
5. Resultados representativos
Um exemplo de modelado deposição de proteína num impresso PDMS-coasted MEArray pinos usando um quadrado com ponta de silicone sobre um pino de eixo oco robô microarray-impressão é mostrado na Figura 2. Deposição de várias proteínas que estão impressas pode ser verificado por imunofluorescência utilizando anticorpos (Figura 2A). As diluições das soluções de proteína na placa mestre reflectem a quantidade (intensidade de fluorescência) que é depositado sobre a superfície do substrato de impressão (Figura 2B). As células devem anexar aos recursos impressos de forma óbvia padronizada (Figura 2C).
Um exemplo de uma experiência que mostra que as diluições MEArray inversas de duas proteínas microambiente eliciada perfis de expressão específicas de queratina em uma proteína de forma dependente da concentração, num humano multipotentes p epitelial mamariarogenitor linha de células (células D920), é mostrada na Figura 3. Lotes de bolhas são úteis para determinar se os fenótipos específicos são impostas sobre as células replicam as características de uma série de diluições. Por exemplo, se uma molécula particular de um microambiente provoca um fenótipo distinto, uma vez que o componente instrutivo foi diluído suficiente para um fundo de um ECM neutro o fenótipo deve mudar ou desaparecer. Detecção de imunofluorescência de queratina 8 e 14 de queratina proteínas dos filamentos intermediários foi realizada com um Axon 4200A (Molecular Devices) scanner microarray. Doze diluições em série repetição foram impressas em cada MEArray eo log 2 Proporção de queratina 8 a queratina 14 intensidade média de fluorescência foi representado graficamente como uma trama de bolha para dar uma ideia realista de variação e reprodutibilidade do sinal. É mostrado dados de um MEArray que foi fixada após as células tinham ligado e as células não ligadas foram lavadas (Figura 3A) e, após 24 horas de culture (Figura 3B). Para esta análise relativamente pequena, uma ANOVA one-way foi usada para determinar a variação do sinal de média em cada ponto do tempo, e agrupados bicaudais t-testes foram utilizados para determinar se as diversas diluições de colagénio tipo I humano recombinante e P- caderina causado mudanças na expressão de queratina. Não houve variação da média entre as células sobre as características apenas após fixação, no entanto, não houve diferenças significativas na expressão de queratina entre as células após 24 h de exposição aos diferentes microambientes. T-testes verificaram que tipo de alta concentração de colágeno I produziu maior expressão 8 queratina, enquanto que altas concentrações de P-caderina provocou uma forte queratina 14 sinal após 24 horas. Este resultado foi consistente com relatos prévios que P-caderina contendo microambientes imporão de K14 que expressam o fenótipo mioepitelial em bi-potentes células progenitoras mamárias 4.
Um exemplo de um Scanne inteirod MEArray impressa numa 40,000 Pa PA gel é apresentado na Figura 4.
Figura 1. Um diagrama de fluxo do processo de MEArray. Em primeiro lugar, o substrato de impressão são preparados quer com PDMS ou PA. Em segundo lugar, as placas de mestre está preparado e anotado em um banco de dados. Em terceiro lugar, os MEArrays são impressas e codificadas com os números de série. Quarta, câmaras de cultura estão ligados, são blocos de superfícies e / ou lavado, em seguida, as células podem se conectar e células não ligados são lavados. Em quinto lugar, as células podem ser tratadas com a coloração ou bio-ensaio após um período de incubação com base no desenho experimental. Finalmente, as Imagens de MEArray podem ser obtidas e analisadas com scanner apropriado e software.
Figura 2. DEPOSition e relativa abundância de proteínas de impressos pode ser verificada com imunocoloração antes da fixação das células. A) Os anticorpos que reconhecem o colagénio tipo IV e laminina-111 foram utilizados para verificar a sua presença em características impressas de um MEArray. B) Utilizando uma média de pixel recurso de análise de intensidade de NIH ImageJ software, a abundância relativa das duas proteínas ao longo de uma série de diluições, a partir de uma solução de proteína de 200 ug / ml, pode ser avaliada qualitativamente. C) micrografia Fase D920 células aderidas em forma de quadrado características de um impresso MEArray PDMS-revestido.
Figura 3. Um exemplo de uma análise MEArray utilizando as alterações na expressão da queratina em uma linha de células progenitoras multipotentes como funções do tempo e do microambiente. Cada bolha representa relações de queratina 8 e 14 níveis de proteína de queratina 10-15 células ligados a uma FEAtura de uma MEArray. Expressão foi determinada com sondas de imunofluorescência. A) Mostra os rácios de queratina nas células apenas após a fixação, e B) mostra as razões de queratina após 24 horas em uma matriz que foi plaqueada em paralelo. A concentração máxima de ambas as proteínas foi de 200 ug / mL e diluído duas vezes. O diâmetro de uma bolha representa a magnitude da razão de log 2 da queratina 8 e intensidade média de queratina 14, e o código de cores laranja e branco indica valores> 0 e <0, respectivamente. F-valores para uma análise de variância e P-valores de T-testes, e suportes com setas identificando as populações comparadas, são mostrados.
Figura 4. Um exemplo de uma varredura MEArray adquiridos utilizando um modo de aquisição de telhado em um microscópio confocal de laser. HCC1569 células que permitem a incorporação do análogo de DNA EdU durante 4 h antes da fixação.DAPI (azul) e Edu (vermelho) são mostrados.
O método aqui apresentado permite MEArray análises funcionais da célula e interacções microambiente combinatórias 4. Análise MEArray combina o uso de tecnologias micropatterning básicos, biologia celular, e robôs de microarranjos de impressão e dispositivos de análise que estão disponíveis em instalações multiusuários muitos. MEArray telas são compatíveis com tipos de células mais aderentes, embora formulações meios isentos de soro podem necessitar de ser ajustado em alguns casos, de modo...
Não há conflitos de interesse declarados.
ML é apoiado pela NIA (R00AG033176 e R01AG040081) e pelo Laboratório de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido, EUA Departamento de contrato de Energia # DE-AC02-05CH11231.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome do reagente | Companhia | Número de catálogo | Comentários (opcional) |
Lâminas de vidro 25 mm x 75 mm | VWR | 48311-600 | |
Lamínulas de vidro (no.1) 24 mm x 50 mm | VWR | 48393-241 | |
Prato de coloração (ou frasco Coplan) | VWR | 25461-003 | |
Placas de petri (15 cm) | BD Falcon | 351058 | |
NaOH (1,0 N) | Sigma-Aldrich | S2567 | |
APES (> 98% de (3-aminopropil) trietoxissilano) | Sigma-Aldrich | A3648 | |
Glutaraldeído | Sigma-Aldrich | G7651 | 50% em água |
APS (> Persulfato de amónio 98%) | Sigma-Aldrich | A3678 | Preparar uma solução de trabalho de 10% com DDQ 2 O |
TEMED (N, N, N ', N'-tetrametiletilenodiamina) | Sigma-Aldrich | T9281 | |
Acrilamida (40%) | Sigma-Aldrich | A4058 | |
Bis-acrilamida (2% w / v) | Fisher biorreagentes | BP1404-250 | |
0,45 um filtro de seringa de nylon de 4 mm | Nalgene | 176-0045 | |
FITC | Sigma-Aldrich | F4274 | |
PDMS (polidimetilsiloxano) | Dow Corning | 3097358-1004 | Sylgard kit Elastômero 184 via Adesivos Ellsworth |
2-lâminas de câmara | NUNC | 177380 | |
Pluronic F108 | BASF | 30089186 | |
Aquselante arium | Dow Corning | DAP 00688 | |
Fluormount-G | Southern Biotech | 0100-01 | |
Copos plásticos descartáveis | |||
Abaixadores de língua | |||
Luvas de borracha nitrílica | |||
Caixas de plástico de slides de microscópio | |||
Spin-coater | WS-400B-6NPP/LITE | Laurell Technologies Corporation | |
Forno | |||
Hotplate Digital | |||
384 poços | Uma marca adequada para o robô microarray | ||
Microarray robô impressão | |||
Fase invertido e microscópio de fluorescência | |||
Axon microarray scanners | Molecular Devices | Existem várias configurações |
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