Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
В этой статье описывается метод на основе магнитной левитации, который может специфически обнаруживать присутствие антигенов, растворимых или связанных с мембраной, путем количественной оценки изменений высоты левитации бусин захвата с фиксированной плотностью.
Описанный метод был разработан на основе принципов магнитной левитации, которая разделяет клетки и частицы на основе их плотности и магнитных свойств. Плотность — это свойство, идентифицирующее тип клетки, напрямую связанное с ее скоростью метаболизма, дифференцировкой и статусом активации. Магнитная левитация позволяет использовать одношаговый подход к успешному разделению, визуализации и характеристике циркулирующих клеток крови, а также к обнаружению анемии, серповидно-клеточной анемии и циркулирующих опухолевых клеток на основе плотности и магнитных свойств. Этот подход также поддается обнаружению растворимых антигенов, присутствующих в растворе, с использованием наборов бусин низкой и высокой плотности, покрытых антителами захвата и обнаружения, соответственно. Если антиген присутствует в растворе, он соединит два набора бусин, создавая новый комплекс бусины-шарик, который будет левитировать между рядами бусин, покрытых антителами. Повышенная концентрация антигена-мишени в растворе будет генерировать большее количество комплексов бисера-шарик по сравнению с более низкими концентрациями антигена, что позволит проводить количественные измерения антигена-мишени. Магнитная левитация выгодна для других методов из-за сокращения времени подготовки образца и отсутствия зависимости от классических методов считывания. Сгенерированное изображение легко захватывается и анализируется с помощью стандартного микроскопа или мобильного устройства, такого как смартфон или планшет.
Магнитная левитация - это метод, разработанный для разделения, анализа и идентификации типов клеток1,2,3,белков4,5 и опиоидов 6 наоснове исключительно их удельной плотности и парамагнитных свойств. Плотность клетокявляется уникальным, неотъемлемым свойством каждого типа клеток, непосредственно связанным с ее скоростью метаболизма и статусом дифференцировки7,8,9,10, 11,12,13,14. Количественная оценка тонких и преходящих изменений плотности клеток во время стационарных условий и во время различных клеточных процессов может позволить себе непревзойденное понимание физиологии и патофизиологии клеток. Изменения плотности клеток связаны с дифференцировкой клеток15,16,прогрессированием клеточного цикла9,17,18,19,апоптозом20,21,22,23и злокачественной трансформацией24,25,26 . Поэтому количественная оценка специфических изменений плотности клеток может быть использована для дифференциации клеток разных типов, а также для различения между клетками одного и того же типа, подвергающимися различным процессам активации. Это позволяет проводить эксперименты, нацеленные на конкретную клеточную субпуплощадию, где динамические изменения плотности служат индикатором измененного клеточного метаболизма27. Поскольку было установлено, что клетка может изменять свою плотность в ответ на изменение среды7,необходимо измерить кинетику клетки по отношению к ее плотности, чтобы полностью понять ее, что современные методы могут не обеспечить12. Магнитная левитация, с другой стороны, позволяет динамически оценить клетки и их свойства28.
Клетки являются диамагнитными, что означает, что они не имеют постоянного магнитного дипольного момента. Однако при воздействии внешнего магнитного поля в ячейках генерируется слабый магнитный дипольный момент, в направлении, противоположном приложенного поля. Таким образом, если ячейки суспендировать в парамагнитном растворе и подвергнуть воздействию сильного вертикального магнитного поля, они будут левитировать в сторону от магнитного источника и останавливаться на высоте, которая зависит в первую очередь от их индивидуальной плотности. Диамагнитная левитация объекта, ограниченного минимумом неоднородного магнитного поля, возможна при выполнении двух следующих критериев: 1) магнитная восприимчивость частицы должна быть меньше, чем у окружающей среды, и 2) магнитная сила должна быть достаточно сильной, чтобы уравновесить силу плавучести частицы. Оба критерия могут быть выполнены путем приостановки эритроцитов в магнитном буфере и путем создания сильных градиентов магнитного поля с небольшими, недорогими, коммерчески доступными постоянными магнитами1. Равновесное положение магнитно захваченной частицы на оси вдоль направления гравитации определяется ее плотностью (относительно плотности буфера), ее магнитной восприимчивостью (относительно магнитной восприимчивости буфера) и сигнатурой приложенного магнитного поля. Поскольку плотность и магнитные свойства раствора постоянны во всей системе, свойства внутренней плотности клеток будут основным фактором, определяющим высоту левитации клеток, причем более плотные клетки левитируют ниже по сравнению с менее плотными клетками. Этот подход использует набор из двух эталонных шариков плотности (1,05 и 1,2 г / мл), что позволяет нам использовать точный логометрический анализ для измерения плотности. Изменение концентрации магнитного раствора позволяет изолировать различные клеточные популяции, такие как эритроциты, от WBC, поскольку плотность циркулирующих клеток специфична для клеток, устраняя необходимость в протоколах изоляции или других клеточных манипуляциях.
Большинство методов обнаружения, используемых в биологических исследованиях, основаны на экстраполяции конкретных событий связывания в простые для количественной оценки линейные сигналы. Эти методы считывания часто являются сложными и включают специализированное оборудование и специализированный научный персонал. В настоящем описан подход, направленный на обнаружение антигенов, обнаруженных либо на плазматической мембране клеток или внеклеточных везикул, либо растворимых в плазме, с использованием одного или двух шариков, покрытых антителами. Бусины должны быть разной плотности друг от друга и от плотности опрашиваемых целей. Присутствие антигена-мишени в любой данной биожидкости переводится в специфическое, измеримое изменение высоты левитации антиген-положительной клетки, которая связана с обнаруженной шариком. В случае растворимых антигенов или внеклеточных везикул они связаны как с захватом, так и с обнаружением бусин, образуя комплекс бисера-шарик, а не комплекс бисероплетение-клетка. Изменение высоты левитации зависит от новой плотности комплексов бисероплетение или бисероплетение. Помимо изменения высоты левитации комплексов, что указывает на наличие антигена в биожидкости, количество комплексов также зависит от количества мишени, что делает магнитную левитацию также количественным подходом для обнаружения антигена24.
Экспериментальный протокол, используемый в этом исследовании, был одобрен Институциональным наблюдательным советом Медицинского центра диакониссы Бет Исраэль (IRB).
1. Настройка приборов
ПРИМЕЧАНИЕ: Визуализация левитирующих клеток требует, чтобы два редкоземельных неодимовых магнита, намагниченные на оси Z, были размещены с тем же полюсом, обращенным друг к другу, для создания магнитного поля. Расстояние между магнитами может быть настроено в зависимости от интенсивности магнитного поля и плотности целей. В этом случае магниты разделены пространством 1 мм, достаточным для вставки стеклянной капиллярной трубки длиной 1x1 мм длиной 1x1 мм. Устройство было напечатано на 3 D принтере с использованием дизайна AutoCAD, который доступен по запросу.
2. Связывание антител с карбокси-микрочастицами/шариками (изменено по протоколу PolyAn)
ПРИМЕЧАНИЕ: Только бусины низкой плотности (1,05 г/мл) должны быть покрыты для обнаружения rh(+), но для обнаружения внеклеточных везикул покрываются как бусины высокой, так и низкой плотности.
3. Сбор и подготовка крови для определения резус-(+)
4. Изоляция PMN для демонстрации разделения клеток
5. Генерация внеклеточных везикул эрицитов через активацию комплемента
6. Анализ клеток на устройстве магнитной левитации
Магнитная левитация фокусирует объекты разной плотности на разных высотах левитации в зависимости от плотности объекта, его магнитной сигнатуры, концентрации парамагнитного раствора и силы магнитного поля, создаваемого двумя сильными редкоземельными магнитами. Поскольку два магнит...
Градиентное центрифугирование в настоящее время является стандартным методом выделения субклеточных компонентов на основе их уникальных плотностей. Этот подход, однако, требует использования специализированных градиентных сред, а также центрифужного оборудования. Представленный з...
У авторов нет конфликтов для раскрытия.
Авторы хотели бы поблагодарить доктора Жетулио Перейру за помощь во внеклеточной работе с везикулами.
Эта работа была поддержана следующими грантами Национального института здравоохранения для МКГ: RO1CA218500, UG3HL147353 и UG3TR002881.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2-(N-Morpholino)ethanesulfonic acid hydrate | Sigma Aldrich | M-2933 | (MES); component of activation buffer |
50x2.5x1 mm magnets, Nickel (Ni-Cu-Ni) plated, grade N52, magnetized through 5mm (0.197") thickness | K&J Magnetics | Custom | Magnets used for the magnetic levitation device |
Capillary Tube Sealant (Critoseal) | Leica Microsystems | 267620 | Used to cap the ends of the capillary tubes |
Centrifuge tube filters (Corning Costar Spin-X) | Sigma Aldrich | CLS8163 | Used to wash beads |
Compact Lab Jack | Thorlabs | LJ750 | Used for adjusting the magnetic levitation device |
DPBS, no calcium, no magnesium | Gibco | 14190-144 | Solution for bead suspensions |
Ethanolamine | Sigma Aldrich | E9508-100ML | Used during a wash step for beads |
Fluorescent Plasma Membrane Stain (CellMask Green) | Invitrogen | C37608 | Used to stain Rh+ cells |
Gadoteridol Injection | ProHance | NDC 0270-1111-03 | Gadolinium (Gd3+); magnetic solution used to suspend cells |
HBSS++ | Gibco | 14025-092 | Solution for sample preparation |
Human C5b,6 complex | Complement Technology, Inc | A122 | Used to generate RBC Evs |
Human C7 protein | Complement Technology, Inc | A124 | Used to generate RBC Evs |
Human C8 protein | Complement Technology, Inc | A125 | Used to generate RBC Evs |
Human C9 protein | Complement Technology, Inc | A126 | Used to generate RBC Evs |
Mini Series Post Collar | Thorlabs | MSR2 | Used to secure magnetic levitation device to lab jacks |
N-(3-Dimethylaminopropyl)-N′-ethylcarbodiimide hydrochloride | Sigma Aldrich | E1769-10G | (EDC); used in antibody coupling reaction |
Normal Rabbit IgG Control | R&D Systems | AB-105-C | Used to coat beads as a control condition |
Phosphate Buffered Saline (10X Solution, pH 7.4) | Boston Bioproducts | BM-220 | Component of coupling buffer, used for washing steps |
Polysorbate 20 (Tween 20) | Sigma Aldrich | P7949-500ML | Component of activation buffer |
Polystyrene Carboxyl Polymer | Bangs Laboratories | PC06004 | Top density beads (1.05 g/mL), used for antibody coupling |
Rabbit RhD Polyclonal Antibody | Invitrogen | PA5-112694 | Used to coat beads for the dectection of Rh factor in red blood cells |
Research Grade Microscope | Olympus | Provis AX-70 | Microscoped used to mount magnetic levitation device and view levitating cells |
Rubber Dampening Feet | Thorlabs | RDF1 | Used to support the breadboard table |
Square Boro Tubing | VitroTubes | 8100-050 | Capillary tube used for loading sample into Maglev |
Sulfo-NHS | Thermoscientific | 24510 | Used in antibody coupling reaction |
Translational Stage | Thorlabs | PT1 | Used for focusing and for scanning capillary tube |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены