Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Representative Results
Discussion
Acknowledgements
Materials
References
Bioengineering
提出的方法涉及嵌入硅橡胶的3D软水凝胶的单轴拉伸,同时允许活体共焦显微镜。演示了外部和内部水凝胶菌株的特征以及纤维对齐。开发的设备和协议可以评估细胞对各种菌株机制的反应。
外力是组织形成、发育和维护的重要因素。这些力的作用通常使用专门的体外拉伸方法进行研究。各种可用系统使用基于 2D 基板的担架,而 3D 技术对软水凝胶应变的可及性则受到更多限制。在这里,我们描述了一种方法,允许软水凝胶从其周长外部拉伸,使用弹性硅胶条作为样品载体。本协议中使用的拉伸系统由 3D 打印部件和低成本电子产品构建,使其简单易于在其他实验室中复制。实验过程从聚合厚(>100微米)软纤维素水凝胶(弹性Modulus+100 Pa)开始,切口位于硅胶条的中心。然后,硅胶构造连接到打印拉伸装置上,并放置在共焦显微镜阶段。在实时显微镜下,拉伸装置被激活,凝胶以各种拉伸量度进行成像。然后,用于图像处理来量化由此产生的凝胶变形,在整个凝胶的 3D 厚度(Z-轴) 中显示相对均匀的菌株和纤维对齐。这种方法的优点包括能够在进行原位显微镜时以3D方式应变极其柔软的水凝胶,以及根据用户的需求自由地操纵样品的几何形状和大小。此外,通过适当的适应,该方法可用于拉伸其他类型的水凝胶(如胶原蛋白、聚丙烯酰胺或聚乙二醇),并允许在更逼真3D条件下分析细胞和组织对外部力量的反应。
组织对机械力的反应是多种生物功能的组成部分,包括基因表达1、细胞分化2和组织改造3。此外,细胞外基质(ECM)的力诱发变化,如纤维对齐和密度化,可以影响细胞行为和组织形成4,5,6。ECM的纤维网状结构具有耐人寻味的机械特性,如非线性弹性、非擦合变形和塑料变形7、8、9、10、11、12。这些特性影响细胞及其周围微环境对外部机械力的反应13、14。了解 ECM 和组织对机械力的反应将推动组织工程领域以及更精确的计算和理论模型的开发取得进展。
最....
1. 解决方案准备(将提前执行)
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Alexa Fluor 546 carboxylic acid, succinimidyl ester | Invitrogen | A20002 | |
Cell Medium (DMEM High Glucose) | Biological Industries | 01-052-1A | Add 10% FBS, 1% PNS, 1% L-Glutamine, 1% Sodium Pyruvate |
Cover Slip #1.5 | Bar-Naor Ltd. | BN72204-30 | 22×40 mm |
DIMETHYL SULPHOXIDE 99.5% GC DMSO | Sigma-Aldrich Inc. | D-5879-500 ML | |
Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline | Biological Industries | 02-023-1A | |
EVICEL Fibrin Sealant (Human) | Omrix Biopharmaceuticals | 3902 | Fibrinogen: 70 mg/mL, Thrombin: 800-1200 IU/mL |
Fibrinogen Buffer | N/A | Recipe for 1L: 7g NaCl, 2.94g trisodium citrate dihydrate, 9g glycine, 20g arginine hydrochloride & 0.15g calcium chloride dihydrate. Bring final volume to 1L with PuW (pH 7.0-7.2) | |
Fluorescent micro-beads FluoSpheres (1 µm) | Invitrogen | F8820 | Orange (540/560) Provided as suspension (2% solids) in water plus 2 mM sodium azide |
High-Temperature Silicone Rubber | McMaster-Carr | 3788T41 | 580 µm-thick E = 1.5 Mpa Poisson Ratio = 0.48 Tensile Strength = 4.8 MPa Upper limit of stretch = +300% engineering strain |
HiTrap desalting column 5 mL (Sephadex G-25 packed) | GE Healthcare | 17-1408-01 | |
HIVAC-G High Vacuum Sealing Compound | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | HIVAC-G 100 | |
ImageJ FIJI software39 | National Institute of Health, Bethesda, MD | Version 1.8.0_112 | |
Microcontroller (Adruino Uno + Adafruit Motorshield v2.3) | Arduino/Adafruit | Arduino-DK001/Adafruit-1438 | |
MicroVL 21R Centrifuge | Thermo Scientific | 75002470 | |
Parafilm | Bemis | PM-996 | |
Primovert Light Microscope | Carl Zeiss Suzhou Co., Ltd. | 491206-0011-000 | |
SCyUS CAD (Solidworks) | Dassault Systèmes | N/A | |
SCyUS Code37 | N/A | N/A | |
Servomotor - TowerPro SG-5010 | Adafruit | 155 | |
SL 16R Centrifuge | Thermo Scientific | 75004030 | For 50 mL tubes |
Sterile 10 cm non-culture plates | Corning | 430167 | |
Thrombin buffer | N/A | Recipe for 1L: 20g mannitol, 8.77g NaCl, 2.72g sodium acetate trihydrate, 24 mL 25% Human Serum Albumin, 5.88g calcium chloride. Bring final volume to 1L with PuW (pH 7.0) | |
Trypsin EDTA Solution B (0.25%), EDTA (0.05%) | Biological Industries | 03-052-1B | |
USB Cable (Type B Male to Type A Male) | N/A | N/A | |
Zeiss LSM 880 Confocal Microscope | Carl Zeiss AG | 2811000417 | |
ZEN 2.3 SP1 FP3 (black) | Carl Zeiss AG | Release Version 14.0.0.0 |
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