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As forças mecânicas são importantes para controlar a migração celular. Este protocolo demonstra o uso de hidrogéis elásticos que podem ser deformados usando uma micropipeta de vidro e um micromanipulador para estimular as células com um gradiente de rigidez local para provocar mudanças na estrutura celular e migração.
Durotaxis é o processo pelo qual as células sentem e respondem a gradientes de tensão. A fim de estudar este processo in vitro, a rigidez do substrato subjacente a uma célula deve ser manipulada. Quando os hidrogéis com rigidez graduada e os ensaios a longo prazo da migração provaram útil em estudos do durotaxis, as respostas imediatas, agudas às mudanças locais na tensão da carcaça permitem o estudo focalizado de movimentos individuais da pilha e de eventos de sinalização subcellular. Para testar repetivelmente a capacidade das células de sentir e responder à rigidez subjacente do substrato, um método modificado para aplicação de gradientes agudos de tensão aumentada para células individuais cultivadas em hidrogéis deformáveis é usado, o que permite o tempo real manipulação da força e direção dos gradientes de rigidez transmitidos sobre as células em questão. Adicionalmente, ajustando os detalhes e os parâmetros do ensaio, tais como a forma e as dimensões da micropipeta ou a posição relativa, a colocação, e a direção do gradiente aplicado, o ensaio pode ser otimizado para o estudo de qualquer tipo e sistema de células sensíveis. Esses parâmetros podem ser alterados para alterar de forma confiável o estímulo aplicado e ampliar a funcionalidade e a versatilidade do ensaio. Este método permite a examinação do movimento durotactic a longo prazo assim como umas mudanças mais imediatas na sinalização celular e na dinâmica morfológica em resposta à rigidez de mudança.
Ao longo das últimas décadas, a importância das propriedades mecânicas do ambiente de uma célula tem aumentado o reconhecimento na biologia celular. Diferentes tecidos e matrizes extracelulares têm diferentes rigidez relativa e, à medida que as células migram por todo o corpo, elas navegam nessas mudanças, utilizando essas propriedades mecânicas para orientá-las1,2,3 , 4. º , 5. º , 6 anos de , 7. Cells use a rigidez de um determinado tecido para informar seu comportamento motile durante processos tais como o desenvolvimento, a cura da ferida, e a metástase do cancro. No entanto, os mecanismos moleculares que permitem a sensação e a resposta a essas entradas mecânicas permanecem em grande parte desconhecidos1,2,3,4,5, 6 anos de , o 7.
A fim de estudar os mecanismos através dos quais as células respondem às pistas ambientais físicas, a rigidez ou rigidez do substrato subjacente às células aderentes deve ser manipulada. Em 2000, Chun-min lo, Yu-li Wang e os colegas desenvolveram um ensaio8 pelo qual a resposta motile de uma célula individual à mudança de pistas mecânicas poderia ser testada diretamente pelo alongamento da matriz extracelular deformável (ECM)-revestido de poliacrilamida hidrogéis em que as células foram chapeadas. As células exibem uma preferência significativa pela migração para substratos mais rígidos, um fenômeno que eles apelidaram de "durotaxis".
Desde o relatório original em 2000, muitas outras técnicas foram empregadas para o estudo do durotaxis. Gradientes de rigidez íngreme foram fabricados por géis de fundição sobre características rígidas, tais como grânulos de poliestireno9 ou postes de polímero rígido10 ou por polimerizar o substrato em torno das bordas de uma lamínulas de vidro11 para criar mecânica ' limites dos passos». Alternativamente, os hidrogéis com gradientes de rigidez mais rasos, mas fixos, foram fabricados por uma variedade de métodos, como gradientes de chapéu cabeado criados por dispositivos microfluílicos12,13 ou gotas de solução hidrogel lado a lado de diferentes rigidez8, ou hidrogéis com chapéu cabeado fotorativo tratados com exposição à luz UV graduada para criar um gradiente de rigidez linear14,15. Estas técnicas têm sido usadas com grande efeito para investigar o movimento celular durotactic en masse ao longo do tempo. Entretanto, tipicamente estas características são fabricadas adiantado do chapeamento de pilha e suas propriedades permanecem consistentes sobre o curso da experimentação, confiando no movimento aleatório da pilha para a amostragem de Gradients mecânicos. Nenhuma dessas técnicas é capaz de observar mudanças rápidas no comportamento celular em resposta ao estímulo mecânico agudo.
A fim observar respostas celulares às mudanças agudas no ambiente mecânico, os ensaios da única pilha durotaxis oferecem diversas vantagens. Nestes ensaios, as células individuais recebem um estímulo agudo e mecânico, puxando o substrato subjacente para longe da célula com uma micropipeta de vidro, introduzindo assim um gradiente direcional da tensão da célula-matriz. As mudanças no comportamento do motile, tais como a velocidade ou a direção da migração, são observadas então pela microscopia de contraste da fase da vivo-pilha. Essa abordagem facilita a observação direta das relações de causa e efeito entre estímulos mecânicos e migração celular, pois permite a manipulação rápida e iterativa da direção e magnitude do gradiente de tensão e da avaliação da conseqüente respostas celulares em tempo real. Além disso, este método também pode ser usado para estimular mecanicamente as células que expressam proteínas de fusão fluorescente ou biossensores para visualizar alterações na quantidade, atividade ou localização subcelular de proteínas suspeitas de estarem envolvidas em mecanosensoriamento e durotaxis.
Esta técnica tem sido empregada por grupos que estudam durotaxis8,16 e é descrito aqui como foi adaptado pelo laboratório de Howe para estudar o comportamento durotáctico de SKOV-3 células cancerosas ovarianas e os mecanismos moleculares que Underly durotaxis17. Adicionalmente, um método modificado é descrito para a fabricação de hidrogéis com uma única, mesmo camada de microesferas fluorescentes perto da superfície da cultura da pilha; Isso facilita a visualização e otimização de gradientes de deformação gerados por micropipeta e pode permitir a avaliação da contratilidade celular por microscopia de força de tração.
1. fabricação de hidrogéis deformable de polyacrylamide com as microesferas fluorescentes encaixadas
Nota: As direções descrevem a polimerização de um hidrogel de 25 kPa com 22 μm de diâmetro e aproximadamente 66 μm de espessura. Cada um ou todos estes parâmetros podem ser modificados e direções para fazê-lo podem ser encontrados na tabela 1 e nas notas17.
2. células de chapeamento
3. preparação da micropipeta de vidro: pipeta puxando e forjando
4. posicionar o micromanipulador e a micropipeta
5. calibrando o micromanipulador e a geração da força
6. conduzindo o ensaio de durotaxis
7. determinação da resposta da migração durotáctica
Ao preparar micropipetas (Figura 1) e normalizando a geração de força das trações (Figura 2 e Figura 3), conforme descrito acima, foram identificadas condições durotáticas ideais para múltiplas linhagens celulares. Usando essa técnica, conforme descrito na Figura 4, ambas as células de câncer de ovário de SKOV-317 e Ref52 de ratos embrionários (...
Demonstrado aqui é um ensaio de durotaxis repetível, de célula única que permite a avaliação da capacidade de uma célula de alterar seu comportamento de migração em resposta a pistas mecânicas agudas. Esta técnica pode igualmente ser usada em combinação com a microscopia de fluorescência e as proteínas ou os biossensors apropriados da fusão para examinar a sinalização subcellular e os eventos cytoesqueléticos dentro dos segundos da estimulação mecânica ou sobre um temporal mais longo durante movimen...
Os autores não têm nada a revelar.
Nenhum.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Acrylamide 40 % | National Diagnostic | EC-810 | |
Ammonium Persulfate | Fisher | BP179-25 | |
BD20A High frequency generator | Electro Technic Products | 12011A | 115 V - Handheld Corona Wand |
Bind Silane (y-methacryloxypropyltrimethoxysilane) ( | Sigma Aldrich | M6514 | |
Bis-acrylamide 2% | National Diagnostic | EC-820 | |
Borosilicate glass capillaries | World Precision Instruments | 1B100-4 | |
Branson 2510 Ultrasonic Cleaner | Bransonic | 40 kHz frequency | |
Coarse Manipulator | Narshige | MC35A | |
DMEM | Corning | 10-013-CV | |
DMEM without phenol red | Sigma Aldrich | D5030 | |
Dual-Stage Glass Micropipette Puller | Narshige | PC-10 | |
Epidermal Growth Factor | Peprotech | AF-100-15 | |
Ethanol | Pharmco-aaper | 111000200 | |
Fetal Bovine Serum (Qualified One Shot) | Gibco | A31606-02 | |
Fibronectin | EMD Millipore | FC010 | |
Fluospheres Carboxylate 0.2 um | Invitrogen | F8810, F8807, F8811 | |
Fugene 6 | Roche | 1815091 | 1.5 ug DNA / 6uL fugene 6 per 35mm dish |
Glacial Acetic Acid | Fisher Chemical | A38SI-212 | |
Glass Bottom Dish | CellVis | D60-60-1.5-N | |
Glass Coverslip | Electron Microscopy Sciences | 72224-01 | 22 mm, #1.5 |
HCl | JT Baker | 9535-03 | |
Hellmanex III Special cleaning concentrate | Sigma Aldrich | Z805939 | Used at 2% in ddH2O for cleaning coverslips |
HEPES powder | Sigma Aldrich | H3375 | Make 50mM HEPES buffer, pH 8.5 |
Intelli-Ray 400 Shuttered UV Flood Light | Uviton International | UV0338 | |
Isopropanol | Fisher Chemical | A417-4 | |
Microforge | Narshige | MF900 | |
Micromanipulator | Narshige | MHW3 | |
Mineral Oil | Sigma Aldrich | M5904 | |
Nanopure Life Science UV/UF System | Barnstead | D11931 | ddH2O |
Nikon Eclipse Ti | Nikon | ||
OptiMEM | Invitrogen | 31985062 | |
Parafilm M | Bemis Company, Inc | PM-992 | |
PBS | 139 mM NaCl, 2.5 mM KCl, 28.6 mM Na2HPO4, 1.6 mM KH2PO4, pH 7.4 | ||
Platelet Derived Growth Factor-BB (PDGF-BB) | Sigma Aldrich | P4056 | |
Ref52 | Rat embryonic fibroblast cell line; Culture in DMEM + 10% FBS | ||
Ringer's Buffer | 134 mM NaCl, 5.4 mM KCl, 1 mM MgSO4, 2.4 mM CaCl2, 20 mM HEPES, 5 mM D-Glucose, pH 7.4 | ||
SKOV-3 | American Type Culture Collection | Culture in DMEM + 10% FBS | |
Sulfo-SANPAH | Covachem | 12414-1 | |
Tabletop Plasma Cleaner | Harrick Plasma | PDC-32G | |
TEMED | Sigma Aldrich | T9281-50 |
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