Gerçek zamanlı kontrol sistemi, anlayışlı tartışmalar, Giacomo Pruzzo ve Alessandro Parodi özel elektronik ve yazılım geliştirme için, ve Claudia Chiabrera ve uzman tavsiyesi ve hücre kültürü hazırlanmasında yardım için Marina Nanni için Evelina Chieregatti ve Hanako Tsushima geliştirmek için Alberto Guiggiani.

1. Optik Kurulumu Tüm optik sistem daha önce 15 tanımlanmıştır. Kısaca, optik cımbız sistemi 1064 nm (IPG Laser GmbH) bir iterbiyum sürekli dalga (CW) fiber lazer işletim dayanmaktadır. Bir mekansal ışık modülatör (SLM) (LCOS-SLM, modeli X10468-07 - Hamamatsu) bilgisayar oluşturulan hologramlar tarafından kültür çanak yakalama odak nokta konumunu kontrol etmek için gelen IR lazer ışınının faz değişir. Serbestçe kullanılabilir Mavi-cımbız yazılım (ekipman masaya web bağlantısı) üretilen hologramlar mekansal ışık modülatör yansıtılan. Ve bir fotodiyot (PD, PDA100A-EC - Thorlabs) - force spektroskopisi ölçümleri için interferometre dört kadran fotodiyot (Hamamatsu C5460SPL 6041 kurulu ile QPD, S5980) dayanıyordu. 355 nm (- Teem Fotonik PNV-001525-040, Powerchip&#39;in nano-Pulse UV lazer) de: YAG lazer lazer diseksiyon kaynağı darbeli alt nanosaniye UV Nd oldu. Bir acousto-optik modülatör (MQ110-A3-UV, silika-AA-Opto-elektronik erimiş 355 nm) örnek teslim UV lazer gücünü kontrol. Mikroskop objective.The aşamasında bir 3 eksenli doğrusal DC motor mikro konumlandırma oluşan daldırma bir 60X, 0.9 NA su ile donatılmış - holografik optik cımbız ve lazer mikro-disektör değiştirilmiş bir dik mikroskop (Olympus BX51) ile entegre edildi en alt nanometre çözünürlükte numunenin kaba hareketi birleştirmek için ayrı bir 3 eksenli piezoelektrik nano-konumlandırma aşaması (P-733.3DD, Fizik-Araçlar) taşıma sistemi (M-126.CG1, Fizik-Araçlar) piezo- sahne. Mikroskop sahne sistemi iki kontrol ile donatılmış sinerjik Seçilen çalışma modu (statik veya dinamik pozisyon ya da güç kelepçe,) 16 bağlı olarak sağ tarafta yakalama odak nokta korumak için hareket döngüler. Özellikle, bir iç geribesleme döngüsü, seçilen bir de boncuk tutmak için, bir piezoelektrik sahne üzerinde hareket edertuzak merkezine ed mesafe. Diğer dış döngü elinde bulunan inme 17 daha geniş bir alan üzerinde piezo-aktüatör tarafından yayılmış bölge yararlanmak için motorlu sahne konumunu kontrol eder. Bu örnek yapıştırılır tuzak boncuk izleme için bir piezo-aşamalı bir yönde mevcut inme sınırına ulaştığında, dış döngü ters yönde mikro düzeyde taşır, ve böylece bir piezo merkezi konuma doğru kurtarır. Piezo aşamalı onun ders aralığının merkezi konumuna ulaştığında, mikro düzeyde durdurdu. Sistemin diğer detayları Guiggiani ark 16,17 bildirilmiştir. Bir Peltier cihazı (TC-344B çift kanal ısıtıcı kumanda ile QE1 rezistif ısıtma - Warner Instruments) mikroskop (37 ° C) altında hücre kültürünün sıcaklığını kontrol eder. Kültüründe, pH ve nem özel tasarlanmış bir polidimetil havalandırarak fizyolojik şartlar altında muhafazanemlendirilmiş carbogen (% 95 O 2,% 5 CO 2) ile siloksan (PDMS) kol (mikroskop objektif entegre). 2. Hücre Kültürü hazırlanması Tüm deneysel protokolleri İtalyan Sağlık Bakanlığı tarafından onaylanmıştır. Birincil kültürleri embriyonik gün 18 (E18) olarak farelerin hipokampi (C57BL6J, Charles River), elde edildi. <ol><li> Nöronlar cam alt Petri kapları ile 25.000 hücre / ml &#39;lik bir konsantrasyonda (- matek Şirketi P35G-0-14-C) kaplandı. Kültür hücrelerinin düşük konsantrasyonda daha önce in vitro ilk günlerinde yoğun bir ağ oluşumunu önlemek için gereklidir. Bahsedilen hücre konsantrasyonunda, diğer hücrelere bağlı olmayan bir uzun nörit ile izole hücreler bulunma ihtimali daha yüksektir. </li></ol> 3. Boncuk Kaplama <ol><li> Polimer mikroküreler (Ø 4 mikron, COOH-sona-Bangs Laboratuvarları, ürün kodu PC05N/6700) poli ile kaplanmıştırPolyLink protein bağlantı kiti (Polysciences, ürün kodu 19539) &#39;de tarif edilen prosedür takip-D-lizin. • Boncuklar kültür desteği ve iyilik hücre yapışma kapak için kullanılan aynı molekül ile kaplanmıştır. </li></ol> 4. İzole Nöron seçin. Kültür Yüzey, Trap A Boncuk ayırmak ve Nöron yanında bu taşı <ol><li> Mikroskop sahnede kültür Petri kabı koyun. Sahne hareketi ile örnek odak ayarladıktan sonra, Kohler-aydınlatma ayarlamak için aydınlatıcı amacı kondansatör olarak görev düzeltin. Kolher-aydınlatma koşulu ayarlamak için aydınlatma optik hizalama parlak bir alan görüntü kalitesini artırmak için gereklidir. Hizalama koşullar kullanılarak, bu QPD ve PD tarafından interferometrik izleme gerçekleştirmek için, saçılma tuzak prob, aynı zamanda kızılötesi lazer toplama verimi (objektif Kondansatörden) en üst düzeye çıkarmak için gereklidir. </li><li> , Kaplanmış mikro stok solüsyonu birkaç ul pipetkültür çanak. Mikroküreler yatırmak ve kültür yüzey uyacaktır. Kültür kabına enjekte ul sayısı stok solüsyonu mikro konsantrasyonuna bağlıdır. İdeal durumu görüş görüntüleme alanında başına mikroküreler bir ila iki sahip olmaktır. Çok fazla mikro kültür çanak eklendiğinde, zaten kültürlü nöronlar için rastgele ekleyebilirsiniz. </li><li> Uzun nörit (akson) ile izole bir nöron ararken, kültür çanak içinde hareket ve mikroskop sahne yerini kaydedin. </li><li> Hareket ve kültür destek yapıştırılmış bir boncuk aramak. </li><li> IR yakalama Lazer açın. Bu aşamada, hiçbir hologramlar SLM yansıtılır ve IR lazer nokta konumunu UV lazer nokta konumu ile çakışmaktadır. Mikroskop sahne hareketi ile 2-3 mikron kültür destek yüzeyi üzerinde IR nokta, eksenel konumunu ayarlayın. </li><li> En az 1 μW için örnek teslim UV lazer gücü.UV lazer disektör daha önce 14 kalibre edilmiştir: 5-6 μW cam desteği ablasyon edilir 4 μW bir nöronal bağlantı tamamen disseke edilir Bir nörit kısmen lezyonlanmıştır olduğu 2.5 μW &lt;1 μW bir şok dalgası kültür tabağına üretilir. Optik şok dalgası cam desteğinden boncuk ayırmak için yeterince güçlü. </li><li> Üzerindeki IR lazer bırakarak, UV lazer açın ve mikroskop sahne hareketi ile yapıştırılır boncuk üzerinde UV nokta hareket ettirin. Boncuk yüzeyden ayrılır ve bu kızılötesi lazer tarafından tutulur. Daha sonra, UV lazer kapatın. </li><li> Cam desteği (20-30 mikron) Yukarıdaki tuzak boncuk birkaç mikrometre taşıyın. Bu konuma boncuk Kaldırma o daha önce seçilen nöron doğru hareket edilirken diğer hücrelere temas önlemek olacaktır. Önceden kaydedilmiş sahne konumuna boncuk getirin. Sürükle sıvı güç optik tuzak aşmayacak kadar düşük bir değer (10 mm / sn) için sahne hızını ayarlamaping güç. </li></ol> 5. Bilgisayar oluşturuldu Hologram tarafından Lazer Disektör Nokta ve Axon pozisyonu Göre tuzak pozisyonu taşıyın ve Optik Cımbız Sertlik kalibre <ol><li> Akson görselleştirmek için cam destek doğru boncuk taşıyın. Boncuk bu (yaklaşık 5 mikron cam desteği yukarıda) ile temas önlemek için hücre üzerinde tutulur. </li><li> Akson genişliği ortasına UV odak nokta taşımak için mikroskop sahne hareket ettirin. Gelinen aşamada konumunu kaydedin. </li><li> Bilgisayar tarafından oluşturulan hologram ile IR odak nokta konumuna getiriniz. Bu adımda, aşama, önceki adımda seçilen bir konumda durdurulur. Bilgisayar oluşturulan hologram SLM yansıtılan zaman, tuzak boncuk akson göre taşınır. Biz de aynı akson merkezli UV lazer nokta ile, tuzak boncuk neurite ortasına uyumlu olması için IR lazer nokta taşıyın. IR spot ve böylece tuzak boncuk neurite boyunca konumlandırılmışUzak UV nokta 5-10 mikron. Biz neurite geometrisine bağlı olarak UV nokta ile ilgili olarak IR hareket ettirmek. Optik cımbız bir SLM sistemi ile donatılmıştır getirilmemesi durumunda, konumunu IR optik yolda eğerek aynalar veya akustik optik külahı, tarafından değiştirilebilir. IR lazer nokta onun Brown hareketi etkileyen ve kuvvet spektroskopisi izleri değiştirebilir tuzak prob ile diseksiyon ışının optik etkileşimi önlemek için UV nokta uzak 5-10 mikron yerleştirilmiş olabilir. </li><li> UV spot ve akson pozisyonu ile ilgili yeni IR nokta pozisyonu tanımladıktan sonra, uzak akson gelen tuzak boncuk yerleştirin ve onunla çarpışmayı önlemek için sahne hareket ettirin. Cam kapak üzerinde yaklaşık 2 mikron için tuzak boncuk eksenel konumuna getiriniz. </li><li> Merkezi üzerinde girişim saçaklar için QPD hizalayın: QPD merkezli zaman x ve y QPD diferansiyel sinyalleri sıfırdır. Interfero tarafından tuzağa boncuk Brown hareketi 5 sn Edinmemetre, 50 KHz örnekleme hızında. Güç spektrumu yöntemi 18 ile optik tuzak sertliği (pN / nm) ve duyarlılık (V / nm) edinin. </li></ol> 6. Axon için Boncuk takın. Axotomy ve Eşzamanlı Kuvvet Ölçüm yapın <ol><li> Cam kapak üzerinde 4 mikron yaklaşık tuzak boncuk konumunu yükseltmek ve (adım 3.2) önceden kaydedilmiş sahne konuma taşıyın. </li><li> Akson doğru tuzağa boncuk aşağı hareket ettirin temas neurite kadar. Tuzak boncuk ve akson arasındaki çarpışma eksenel yönde sıkışıp boncuk yerinden tespit z QPD sinyal tarafından izlenir. </li><li> Tuzak boncuk ile 10 saniye bekleyin neurite membran olan yapışma lehine akson karşı itti. </li><li> Akson gelen tuzağa boncuk yerinden için mikro düzeyde hareket, ve böylece hücre zarı kendi yapışma doğrulayın. Boncuk yapıştırılır, bu optik tuzak kaçar. </li><li> Yapıştırılır boncuk üzerinde lazer tuzak geri hareketve sıfıra eşit güç koşulu ile kuvvet-kelepçe döngü açın. Böyle bir şekilde, optik tuzak merkezi, hücreye bağlı bir piezo-aşamalı konumlandırır boncuk,. Sistemin bir geri besleme döngüsü kontrolü yoksa, lazer tuzak konumu yapıştırılır probu üzerinde merkezi ona mikroskop sahne hareket ettirilebilir. QPD sinyalleri boncuk tuzak ve hücre (x ve sıfıra eşit y QPD sinyalleri, ve z QPD sinyal dört bölümün aynı gerilim toplamı verir yapıştırılır değilken aynıdır zaman tuzak merkezi ulaşıldığında gibi boncuk) herhangi bir yüzeyinden uzakta tutulur iken. </li><li> Yapıştırılır tuzak prob bir gösteriş oluşturmak için, boncuk merkezi (yaklaşık 100 nm) biraz üzerinde yakalama lazer konumlandırma z ekseninde bir güç-kelepçe durumu, ayarlayın. Sistem bir kuvvet-kelepçe kontrolü ile donatılmış değil durumda, optik tuzak konumu mikroskop sahne tarafından 25 nm adım kadar yükseltilebilir. Z QPD sinyal izleme sağlar. Bu nedenle, thi kullanıns yapıştırılır prob ile ilgili olarak lazer tuzak konumunu ayarlamak için sinyal. Bu tür ön-gerilim aksonal lezyon sonra membran üzerindeki yükü ve yapıştırılır prob Brown hareketi azalmayla algılamak için gereklidir. Benzer bir yaklaşım Video görüntüleme 19 tarafından bir zar ip gerginlik serbest bırakılması ölçüm için önerilmiştir. </li><li> Kapatma pozisyon kelepçe durumu (piezo kademeli engellenir) olarak yapıştırılır prob üzerindeki kuvvetini ölçmek için kuvvet-kelepçe geribildirim. </li><li> Lazer axotomy zaman atlamalı parlak alan görüntüleme (20 Hz kare hızı) sırasında interferometre (20 KHz örnekleme frekansı) ve hücre aracılığıyla tuzak prob pozisyonların eş zamanlı kayıt başlayın. </li><li> Bir lezyon akson imajını (. Genellikle 200-400 optik darbe darbe başına enerji ihtiyaç vardır: 25 NJ) görünür hale gelinceye kadar lazer darbeleri sunmak için UV lazer açın, daha sonra UV lazer kapatın. </li><li> Yaklaşık 3 mi için interferometre tarafından kayda devamn, x, y ve z QPD izleri bir plato ulaşana kadar. </li></ol> 7. Toplam Gerilim Release sayısal <ol><li> Nanometre, ilgili izleri elde etmek için, optik tuzak kalibre hassasiyeti tarafından kaydedilen QPD izleri (Volt) dönüştürün. </li><li> 10 Hz kesilmiş bir yüksek geçiren filtre tarafından x, y, ve z yer değiştirme izleri Filtre. </li><li> Tuzak boncuk Brownian hareketi, süzüldü izlerin varyansın hesaplayın. 500 msn (10.000 veri noktası) 20 kez üst üste binen pencereleri için 25 msn adımları varyans hesaplayın. Izlerinin filtreleme yüksek geçiren zar dalgalanması veya kortikal aktin hareketi nedeniyle Brown hareketi değişiklikler hariç tutmaktadır. Kordonun Brown hareketi, hücre zarı üzerinde optik güçleri ve yapışma güçleri tarafından azaltılır. Membran nedeniyle viskozitesi artar gerilim serbest bırakılması ve böylece boncuk Brown hareketi gergin edildiğinde, hemen tespitrilmesi axotomy sonra, azalmaya başlar. </li><li> T0 tanımlayın: Brown hareketi varyans azalma başında, UV lazer enerjisinin doğumdan sonra. Zaman anlık t0 membran gerginlik başında gösterir. </li><li> Brown hareketi varyans (bir plato ulaştığında) azalma sonu: t1 tanımlayın. Zaman anlık t1 membran gerginlik sonunda gösterir. </li><li> Kuvvet ölçüm sırasında numunenin herhangi bir sürüklenme ölçmek için, cam kapak destek enkaz veya bir çizik video izleme yapın. Cam destek parçacık izlemek için, öncelikle siyah bir arka plan üzerinde beyaz parçacık ile ikili görüntülerin bir yığın elde etmek için, parlak alan görüntülere eşikleri geçerlidir. Daha sonra, alt-piksel doğruluk (ücretsiz ImageJ yazılımı kullanarak) ile kütle parçacık merkezi izleyebilirsiniz. </li><li> Yer değiştirme QPD izlerinden ölçülen sürüklenme çıkarın. Ilgili kalibre optik sertlik (k x, k sürüklenme-düzeltilmiş QPD izleri çarpın <sub&gt; y, k z) piconewtons en Fx, Fy, Fz izleri elde etmek. </li><li> Olarak toplam kuvvet iz hesaplayın F tot = √ (Fx ​​2 + Fy 2 + Fz 2). </li><li> Olarak t0 ve t1 arasında yürürlükte toplam serbest hesaplayın F serbest = F tot (t1) - F tot (t0). Bu tuzak merkezi sonda yer değiştirmesinden dolayı, çünkü t0 ölçülen kuvvet çıkarılmak üzere olduğunda nörit için boncuk yapışır. </li><li> Tuzak boncuk ve UV lazer nokta konumu arasındaki neurite temas alanı hesaplayın: tuzak boncuk ve UV lazer nokta konumu arasındaki neurite en parlak bir alan görüntü önlem uzun (L) ve kısa (D) eksen. Akson temas alanı A akson olan = L x D. </li><li> Tarafından yayımlanan toplam serbest F kuvveti Normale akson temas alanı bir akson. </li></ol>

<ol>
	<li>Ashkin, A., Dziedzic, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Trapping+and+Manipulation+of+Viruses+and+Bacteria.">Optical Trapping and Manipulation of Viruses and Bacteria.</a> Science. 235, 1517-1520 (1987).</li><li>Berns, M. W., Aist, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+microsurgery+in+cell+and+developmental+biology.">Laser microsurgery in cell and developmental biology.</a> Science. 213, 505-513 (1981).</li><li>Nguyen, Q. T., Olson, E. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surgery+with+molecular+fluorescence+imaging+using+activatable+cell-penetrating+peptides+decreases+residual+cancer+and+improves+survival.">Surgery with molecular fluorescence imaging using activatable cell-penetrating peptides decreases residual cancer and improves survival.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 4317-4322 (2010).</li><li>Stiess, M., Maghelli, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axon+extension+occurs+independently+of+centrosomal+microtubule+nucleation.">Axon extension occurs independently of centrosomal microtubule nucleation.</a> Science. 327, 704-707 (2010).</li><li>Steubing, R. W., Cheng, S., Wright, W. H., Numajiri, Y., Berns, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+induced+cell+fusion+in+combination+with+optical+tweezers:+the+laser+cell+fusion+trap.">Laser induced cell fusion in combination with optical tweezers: the laser cell fusion trap.</a> Cytometry. 12, 505-510 (1991).</li><li>Pinato, G., Raffaelli, T., D'Este, E., Tavano, F., Cojoc, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+delivery+of+liposome+encapsulated+chemical+stimuli+to+neuronal+cells.">Optical delivery of liposome encapsulated chemical stimuli to neuronal cells.</a> J. Biomed. Opt. 16, 095001-095004 (2011).</li><li>Kress, H., Park, J. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+stimulation+with+optically+manipulated+microsources.">Cell stimulation with optically manipulated microsources.</a> Nat. Methods. 6, 905-909 (2009).</li><li>Berns, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+history+of+laser+scissors+(microbeams).">A history of laser scissors (microbeams).</a> Methods Cell Biol. 82, 1-58 (2007).</li><li>Difato, F., Dal, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+optical+tweezers+and+laser+dissector+for+controlled+ablation+of+functional+connections+in+neural+networks.">Combined optical tweezers and laser dissector for controlled ablation of functional connections in neural networks.</a> Journal of Biomedical Optics. 16, 051306_1-051306_8 (2011).</li><li>Goslin, K., Banker, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+observations+on+the+development+of+polarity+by+hippocampal+neurons+in+culture.">Experimental observations on the development of polarity by hippocampal neurons in culture.</a> J. Cell Biol. 108, 1507-1516 (1989).</li><li>Dennerll, T. J., Lamoureux, P., Buxbaum, R. E., Heidemann, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+cytomechanics+of+axonal+elongation+and+retraction.">The cytomechanics of axonal elongation and retraction.</a> J. Cell Biol. 109, 3073-3083 (1989).</li><li>O'Toole, M., Miller, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+stretching+in+slow+axonal+transport.">The role of stretching in slow axonal transport.</a> Biophys. J. 100, 351-360 (2011).</li><li>O'Toole, M., Lamoureux, P., Miller, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+physical+model+of+axonal+elongation:+force,+viscosity,+and+adhesions+govern+the+mode+of+outgrowth.">A physical model of axonal elongation: force, viscosity, and adhesions govern the mode of outgrowth.</a> Biophys. J. 94, 2610-2620 (2008).</li><li>Difato, F., Tsushima, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+formation+of+actin+waves+during+regeneration+after+axonal+lesion+is+enhanced+by+BDNF.">The formation of actin waves during regeneration after axonal lesion is enhanced by BDNF.</a> Nature Scientific Reports. 1 (183), (2011).</li><li>Difato, F., Schibalsky, L., Benfenati, F., Blau, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integration+of+optical+manipulation+and+electrophysiological+tools+to+modulate+and+record+activity+in+neural+networks.">Integration of optical manipulation and electrophysiological tools to modulate and record activity in neural networks.</a> International Journal of Optomechatronics. , 191-216 (2011).</li><li>Guiggiani, A., Torre, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-range+and+long-term+interferometric+tracking+by+static+and+dynamic+force-clamp+optical+tweezers.">Long-range and long-term interferometric tracking by static and dynamic force-clamp optical tweezers.</a> Opt. Express. 19, 22364-22376 (2011).</li><li>Guiggiani, A., Basso, M., Vassalli, M., Difato, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RealTime+Suite:+a+step-by-step+introduction+to+the+world+of+real-time+signal+acquisition+and+conditioning.">RealTime Suite: a step-by-step introduction to the world of real-time signal acquisition and conditioning.</a> 3rd Real Time Linux Workshop. , (2011).</li><li>Neuman, K. C., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+trapping.">Optical trapping.</a> Review of Scientific Instruments. 75, 2787-2809 (2004).</li><li>Togo, T., Krasieva, T. B., Steinhardt, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+decrease+in+membrane+tension+precedes+successful+cell-membrane+repair.">A decrease in membrane tension precedes successful cell-membrane repair.</a> Mol. Biol. Cell. 11, 4339-4346 (2000).</li><li>Kress, H., Stelzer, E. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Filopodia+act+as+phagocytic+tentacles+and+pull+with+discrete+steps+and+a+load-dependent+velocity.">Filopodia act as phagocytic tentacles and pull with discrete steps and a load-dependent velocity.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104, 11633-11638 (2007).</li><li>Togo, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disruption+of+the+plasma+membrane+stimulates+rearrangement+of+microtubules+and+lipid+traffic+toward+the+wound+site.">Disruption of the plasma membrane stimulates rearrangement of microtubules and lipid traffic toward the wound site.</a> J. Cell Sci. 119, 2780-2786 (2006).</li><li>Huang, H., Kamm, R. D., Lee, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+mechanics+and+mechanotransduction:+pathways,+probes,+and+physiology.">Cell mechanics and mechanotransduction: pathways, probes, and physiology.</a> Am. J. Physiol. Cell Physiol. 287, C1-C11 (2004).</li><li>Scrimgeour, J., Eriksson, E., Goksor, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+surgery+and+optical+trapping+in+a+laser+scanning+microscope.">Laser surgery and optical trapping in a laser scanning microscope.</a> Methods Cell Biol. 82, 629-646 (2007).</li><li>Carter, A. R., King, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stabilization+of+an+optical+microscope+to+0.1+nm+in+three+dimensions.">Stabilization of an optical microscope to 0.1 nm in three dimensions.</a> Appl. Opt. 46, 421-427 (2007).</li><li>Capitanio, M., Cicchi, R., Pavone, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Position+control+and+optical+manipulation+for+nanotechnology+applications.">Position control and optical manipulation for nanotechnology applications.</a> The European Physical Journal B. 46, 1-8 (2005).</li><li>Roach, P., Parker, T., Gadegaard, N., Alexander, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+strategies+for+control+of+neuronal+cell+adhesion:+A+review.">Surface strategies for control of neuronal cell adhesion: A review.</a> Surface Science Reports. 65, 145-173 (2010).</li></ol>

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarlarının olmadığını beyan ederim.

Biz bu çalışmada lazer kaynaklı hücre lezyon sırasında aynı anda kuvvet spektroskopisi ölçüm yaparak, kültür yüzeye neurite yapışma karşılaştırmak için kantitatif bir yöntem rapor. Gerilim Ölçülen serbest yüzeye hücrenin yapışma derecesi ile ilgilidir: odak yapışıklıklar daha yüksek bir sayı ile hücrelerin daha az gerilim serbest olmalıdır. Piconewtons açısından gerilim salınımını Ölçüm farklı deneysel koşullar 14 kültür destek aksonal yapışma değerlendir...

Optik mikroskop canlı hücrelerin gözlemlemek için kullanılabilir daha az invazif görüntüleme sistemi biridir. Bu radyasyon basıncı (optik cımbız 1 gibi), ya da yüksek enerjili foton akı (lazer ayrıştırıcısındaki 2 gibi) gibi etkileri sömürü ile, bu teknoloji nano-manipülasyon şekilde genişletildi. Optik görüntüleme sistemi 3 görselleştirmek ve alt hücresel hedefleri işlemek için bir hassas kontrol vermektedir. Aynı zamanda, teslim lazer gücünün doğru kalibrasyon sayesinde, optik araçlar görülmemiş tekrarlanabilirlik ile ya yumuşak veya invaziv örnek manipülasyon gerçekleştirmek. Çeşitli laboratuarlar farklı hücreler 5 araya kaynaştırmak için, ya da optik tahrik kargolar 6,7 ile hücreleri uyarmak için organeller 4, baskılamak için aynı deney düzeneği, optik cımbız ve lazer ayrıştırıcısındaki, entegre. Optik cımbız, optik sertlik kalibrasyon sonra, izin süreBir piconewton ölçekte hücreye uygulanan kuvvetin kontrolü, lazer diseksiyon sistemleri membran fotoğraf poration gelen alt hücresel yapılar tek organel veya diseksiyon ablasyonu arasında değişmektedir optik manipülasyon, modüle olabilir. Ancak, lazer diseksiyon kalibrasyon ağırlıklı olarak örnek 8 neden morfolojik değişiklikler gösteren görüntü analizi dayalı örnek teslim enerji, göre optik manipülasyon işletmenin nitel değerlendirme gerektirir. Sunulan yöntemde, biz piconewton ölçekte, ölçmek için, gelişmekte olan bir nöronun lazer aksonal diseksiyonu sırasında kuvvet spektroskopisi ölçüm gerçekleştirmek için nasıl göstermek, bir alt hücresel bölmesi 9 hücre iskeleti yapısında bir değişmiş denge ile üretilen güç. Kültür nöronlar yüzeye bağlı ve gelişimi sırasında polarize. Polarizasyon faz in vitro ilk beş gün içinde ortaya çıkar. Aşamada polarizasyon iki ekstrüzyon preslerinin birineing neurites daha uzun olur ve bu akson 10 olmak ayırt edecektir. Büyüme konisi de çekme kuvveti yanıt olarak aksonal uzama daha önce Dennerl modeli 11 ile modellenmiştir. Son zamanlarda, bu model hücre dışı matriks yüzeylere nörit yapışma rolünü içerecek şekilde 12 genişletilmiştir. Deneysel gözlemler 13 sonra önerilen Bu biyofiziksel modeli,,, nörit boyunca yayılan, büyüme konisi üzerinde kuvvetleri çekerek yüzeye odak yapışıklıklar modüle olduğunu göstermiştir. Aynı şekilde, aksonal lezyon hücre gövdesi doğru yayılan gerilim yerel bir sürümü üretir. Böylece, lezyon ve hücre soma arasındaki akson boyunca bir yerde bu tür serbest gerilim ölçme etkilenmemiş odak yapışıklıklar nemlendirme sonucu değerlendirmek için imkan sunuyor önerdi. Biz açtığı aksonal damag ölçüde kontrol etmek için gerekli olan enerji lazer ayrıştırıcısındaki foton akısı-kalibree, tam transeksiyonu kısmi lezyona. Kalibrasyon takiben, bir çok ayırt nöronun akson kısmi lezyon tekrarlandı ve gerilim serbest ölçmek için protokol geliştirilmiş ve böylece alt tabaka 14 için akson yapışma tahmin etmek için bir sayısal parametre elde edilmiştir. Bu çalışmada, ayrıntılı olarak, kimyasal muamele 14 ya da hücre kültürü destek farklı tipleri gibi farklı deney koşullarında substrata yapışma aksonal değerlendirmek ve piconewton duyarlılığı ile karşılaştırmak için kesin bir deney prosedürü gösteren geliştirilmiş protokolünü açıklar.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>REAGENTS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polymer microspheres, &Oslash; 4 &mu;m, COOH coated</td>
			<td>Bangs laboratories</td>
			<td>PC05N/6700</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PolyLink Protein Coupling Kit</td>
			<td>Polyscience</td>
			<td>19539</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>EQUIPMENT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IR laser</td>
			<td>IPG Laser GmbH</td>
			<td>YLM-5-SC-LP</td>
			<td>ytterbium continuous wave (CW) fiber laser operating at 1064 nm, with linear polarization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spatial light modulator</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>LCOS-SLM 10468-07</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blue-tweezers software</td>
			<td>Optics group, University of Glasgow</td>
			<td>Free downloadable software</td>
			<td><a href="http://www.physics.gla.ac.uk/Optics/projects/tweezers/slmcontrol/" target="_blank">http://www.physics.gla.ac.uk/Optics/projects/tweezers/slmcontrol/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ</td>
			<td>NIH</td>
			<td>Free downloadable software</td>
			<td><a href="http://rsbweb.nih.gov/ij/" target="_blank">http://rsbweb.nih.gov/ij/ </a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QPD</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>S5980 with C5460SPL 6041 board</td>
			<td>Four quadrant photo-diode to measure x, y trapped probe displacement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PD</td>
			<td>Teem Photonics</td>
			<td>PDA100A-EC</td>
			<td>Photodiode to measure z trapped probe displacement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nano-Pulse UV laser</td>
			<td>AA-optoelctronics</td>
			<td>PNV-001525-040</td>
			<td>Pulsed UVA laser, pulse length 400 ps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acoustic Optic Modulator</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>MQ110-A3-UV, 355 nm fused silica</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Upright microscope</td>
			<td>Andor</td>
			<td>BX51</td>
			<td>Equipped with a 60X, 0.9 NA, water dipping objective</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CCD</td>
			<td>Warner Instruments</td>
			<td>V887ECSUVB EMCCD</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peltier device</td>
			<td>Physic Instruments</td>
			<td>QE1 resistive heating with TC-344B dual channel heater controller</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope stage: micro+piezo stage</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>Three linear stages M-126.CG1 carrying a separate 3-axis piezoelectric nano-positioning stage P-733.3DD</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Daq</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>NI PCI-6229</td>
			<td>Acquiring the x, y, z position of the trapped probe, and sending feedback loop signals to microscope stage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linux Real Time Application Interface (RTAI) machine</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Real time feedback loop system, to control stage position, developed on a dedicated PC desktop</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurement of tension release during laser induced axon lesion to evaluate axonal adhesion to the substrate at piconewton and millisecond resolution

Gelişmekte olan bir nöronal ağ işlevsel bağlantı oluşumu dışsal kuyrukları tarafından etkilenir. Gelişmekte olan nöronların neurite büyüme kimyasal ve mekanik sinyalleri tabidir ve mekanizmaları hangi mekanik sinyallere algıladığında ve cevap tam olarak anlaşılamamıştır. Hücre olgunlaşmasında güçlerin rolü nedenlerine açıklık yüzeye hücre yapışması ve iskelet bağlantı teşvik iskelelerinin tasarım sağlamak ve bu nedenle yaralanma sonrası yeniden oluşturmak için farklı nöronal türleri kapasitesini artıracaktır. Burada, lazer kaynaklı hücre lezyon sırasında aynı anda yürürlüğe spektroskopi ölçümleri uygulamak için bir yöntem açıklanmaktadır. Biz akson zarı yapışık bir optik tuzak prob aynı anda İnterferometrik izleme tarafından kısmen lezyonlu akson gerginlik serbest ölçün. Bizim deneysel protokol piconewton hassasiyetle gerginlik serbest algılar, ve de gerginlik sürümü dinamikmilisaniye zaman çözünürlüğü. Bu nedenle, bu hücreler ve alt tabakalar arasında, mekanik bağlantı farmakolojik tedavisi ve / ya da ayrı bir alt-tabakanın mekanik özellikleri ile modüle edilebilir nasıl çalışma için yüksek çözünürlüklü bir yöntem sunmaktadır.

Hücre onun odak yapışıklıklar yüzeye çekiş kuvvetleri oluşturur. Sitoskeletal elemanlar tarafından üretilen kuvvet, kültür substrat olarak, karşı kuvveti ile denge içinde bulunmaktadır. Nevrit lazer kaynaklı lezyon sonra, hücre iskeletinin gerildi bazı kabloların bozulur ve katmanların yapışması karşıt kuvveti ortadan kalkar, çünkü onların dengelenmiş gerilim serbest bırakılır. Serbest gerginlik kısmen etkilenmeyen odak yapışıklıklar dağıtılan ve bir optik tuzak düzenlenen hü...

Watch this Scientific Journal Video about Measurement of Tension Release During Laser Induced Axon Lesion to Evaluate Axonal Adhesion to the Substrate at Piconewton and Millisecond Resolution at JoVE.

Measurement of Tension Release During Laser Induced Axon Lesion to Evaluate Axonal Adhesion to the Substrate at Piconewton and Millisecond Resolution

Biz kısmen akson zarı yapışık bir optik-tuzak prob yapılan eş zamanlı kuvvet spektroskopisi ölçümü ile bir lazer disektör ile lezyonlanmıştır olan bir akson gerginlik serbest ölçtük. Geliştirilen Deneysel protokol, kültür alt tabakaya yapışma akson değerlendirir.

Lazer Bağlı Akson Lezyon sırasında Gerilim Film ölçümü Piconewton ve Milisaniye Çözünürlük de Yüzey için aksonal yapışma değerlendir

The formation of functional connections in a developing neuronal network is influenced by extrinsic cues. The neurite growth of developing neurons is ...

measurement-tension-release-during-laser-induced-axon-lesion-to

Research

JoVE Journal

Bioengineering

10.2K Görüntüleme.  National Research Council of Italy. Biz kısmen akson zarı yapışık bir optik-tuzak prob yapılan eş zamanlı kuvvet spektroskopisi ölçümü ile bir lazer disektör ile lezyonlanmıştır olan bir akson gerginlik serbest ölçtük. Geliştirilen Deneysel protokol, kültür alt tabakaya yapışma akson değerlendirir.

Video: Measurement of Tension Release During Laser Induced Axon Lesion to Evaluate Axonal Adhesion to the Substrate at Piconewton and Millisecond Resolution

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic valve leaflets are composed of interstitial cells suspended within an extracellular matrix (ECM) and are lined with an endothelial cell monolayer. The valve withstands a harsh, dynamic environment and is constantly exposed to shear, flexion, tension, and compression. Research has shown calcific lesions in diseased valves occur in areas of high mechanical stress as a result of endothelial disruption or interstitial matrix damage1-3. Hence, it is not surprising that epidemiological studies have shown high blood pressure to be a leading risk factor in the onset of aortic valve disease4. 
The only treatment option currently available for valve disease is surgical replacement of the diseased valve with a bioprosthetic or mechanical valve5. Improved understanding of valve biology in response to physical stresses would help elucidate the mechanisms of valve pathogenesis. In turn, this could help in the development of non-invasive therapies such as pharmaceutical intervention or prevention. Several bioreactors have been previously developed to study the mechanobiology of native or engineered heart valves6-9. Pulsatile bioreactors have also been developed to study a range of tissues including cartilage10, bone11 and bladder12. The aim of this work was to develop a cyclic pressure system that could be used to elucidate the biological response of aortic valve leaflets to increased pressure loads. 
The system consisted of an acrylic chamber in which to place samples and produce cyclic pressure, viton diaphragm solenoid valves to control the timing of the pressure cycle, and a computer to control electrical devices. The pressure was monitored using a pressure transducer, and the signal was conditioned using a load cell conditioner. A LabVIEW program regulated the pressure using an analog device to pump compressed air into the system at the appropriate rate. The system mimicked the dynamic transvalvular pressure levels associated with the aortic valve; a saw tooth wave produced a gradual increase in pressure, typical of the transvalvular pressure gradient that is present across the valve during diastole, followed by a sharp pressure drop depicting valve opening in systole. The LabVIEW program allowed users to control the magnitude and frequency of cyclic pressure. The system was able to subject tissue samples to physiological and pathological pressure conditions. This device can be used to increase our understanding of how heart valves respond to changes in the local mechanical environment.

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

A cyclic pressure bioreactor capable of subjecting heart valve tissue to physiological and pathological pressure conditions has been designed. A LabVIEW program allows users to control pressure magnitude, amplitude and frequency. This device can be used to study the mechanobiology of heart valve tissue or isolated cells.

Devirli Basınç Biyoreaktör Tasarım Ex vivo</emAort Kalp Vanalar> Eğitim

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

Biyomühendislik

Constructing a Low-budget Laser Axotomy System to Study Axon Regeneration in C. elegans

Laser axotomy followed by time-lapse microscopy is a sensitive assay for axon regeneration phenotypes in C. elegans1. The main difficulty of this assay is the perceived cost ($25-100K) and technical expertise required for implementing a laser ablation system2,3. However, solid-state pulse lasers of modest costs (&lt;$10K) can provide robust performance for laser ablation in transparent preparations where target axons are "close" to the tissue surface. Construction and alignment of a system can be accomplished in a day. The optical path provided by light from the focused condenser to the ablation laser provides a convenient alignment guide. An intermediate module with all optics removed can be dedicated to the ablation laser and assures that no optical elements need be moved during a laser ablation session. A dichroic in the intermediate module allows simultaneous imaging and laser ablation. Centering the laser beam to the outgoing beam from the focused microscope condenser lens guides the initial alignment of the system. A variety of lenses are used to condition and expand the laser beam to fill the back aperture of the chosen objective lens. Final alignment and testing is performed with a front surface mirrored glass slide target. Laser power is adjusted to give a minimum size ablation spot (&lt;1um). The ablation spot is centered with fine adjustments of the last kinematically mounted mirror to cross hairs fixed in the imaging window. Laser power for axotomy will be approximately 10X higher than needed for the minimum ablation spot on the target slide (this may vary with the target you use). Worms can be immobilized for laser axotomy and time-lapse imaging by mounting on agarose pads (or in microfluidic chambers4). Agarose pads are easily made with 10% agarose in balanced saline melted in a microwave. A drop of molten agarose is placed on a glass slide and flattened with another glass slide into a pad approximately 200 um thick (a single layer of time tape on adjacent slides is used as a spacer). A "Sharpie" cap is used to cut out a uniformed diameter circular pad of 13mm. Anesthetic (1ul Muscimol 20mM) and Microspheres (Chris Fang-Yen personal communication) (1ul 2.65% Polystyrene 0.1 um in water) are added to the center of the pad followed by 3-5 worms oriented so they are lying on their left sides. A glass coverslip is applied and then Vaseline is used to seal the coverslip and prevent evaporation of the sample.

Constructing a Low-budget Laser Axotomy System to Study Axon Regeneration in C. elegans

Laser axotomy followed by time-lapse imaging is a sensitive way to assay the effects of mutations in C. elegans on axon regeneration. A high quality, but inexpensive, laser ablation system can be easily added to most microscopes. Time lapse imaging over 15 hours requires careful immobilization of the worm.

Axon Rejenerasyon Eğitim Düşük bütçeli Lazer Axotomy Sistemi oluşturulması C. elegans</em

Laser axotomy followed by time-lapse microscopy is a sensitive assay for axon regeneration phenotypes in C. elegans1.  The main difficulty of this assay ...

Micropipette Aspiration of Substrate-attached Cells to Estimate Cell Stiffness

Growing number of studies show that biomechanical properties of individual cells play major roles in multiple cellular functions, including cell proliferation, differentiation, migration and cell-cell interactions. The two key parameters of cellular biomechanics are cellular deformability or stiffness and the ability of the cells to contract and generate force. Here we describe a quick and simple method to estimate cell stiffness by measuring the degree of membrane deformation in response to negative pressure applied by a glass micropipette to the cell surface, a technique that is called Micropipette Aspiration or Microaspiration.
Microaspiration is performed by pulling a glass capillary to create a micropipette with a very small tip (2-50 &mu;m diameter depending on the size of a cell or a tissue sample), which is then connected to a pneumatic pressure transducer and brought to a close vicinity of a cell under a microscope. When the tip of the pipette touches a cell, a step of negative pressure is applied to the pipette by the pneumatic pressure transducer generating well-defined pressure on the cell membrane. In response to pressure, the membrane is aspirated into the pipette and progressive membrane deformation or "membrane projection" into the pipette is measured as a function of time. The basic principle of this experimental approach is that the degree of membrane deformation in response to a defined mechanical force is a function of membrane stiffness. The stiffer the membrane is, the slower the rate of membrane deformation and the shorter the steady-state aspiration length.The technique can be performed on isolated cells, both in suspension and substrate-attached, large organelles, and liposomes.
Analysis is performed by comparing maximal membrane deformations achieved under a given pressure for different cell populations or experimental conditions. A "stiffness coefficient" is estimated by plotting the aspirated length of membrane deformation as a function of the applied pressure. Furthermore, the data can be further analyzed to estimate the Young's modulus of the cells (E), the most common parameter to characterize stiffness of materials. It is important to note that plasma membranes of eukaryotic cells can be viewed as a bi-component system where membrane lipid bilayer is underlied by the sub-membrane cytoskeleton and that it is the cytoskeleton that constitutes the mechanical scaffold of the membrane and dominates the deformability of the cellular envelope. This approach, therefore, allows probing the biomechanical properties of the sub-membrane cytoskeleton.

Here we describe a quick and simple method to measure cell stiffness. The general principle of this approach is to measure membrane deformation in response to well-defined negative pressure applied through a micropipette to the cell surface. This method provides a powerful tool to study biomechanical properties of substrate-attached cells.

Substrat bağlı Hücrelerinin Mikropipet Aspirasyon Hücre Rijitlik tahmin etmek

Growing number of studies show that biomechanical properties of individual cells play major roles in multiple cellular functions, including cell ...

Using Cell-substrate Impedance and Live Cell Imaging to Measure Real-time Changes in Cellular Adhesion and De-adhesion Induced by Matrix Modification

Cell-matrix adhesion plays a key role in controlling cell morphology and signaling. Stimuli that disrupt cell-matrix adhesion (e.g., myeloperoxidase and other matrix-modifying oxidants/enzymes released during inflammation) are implicated in triggering pathological changes in cellular function, phenotype and viability in a number of diseases. Here, we describe how cell-substrate impedance and live cell imaging approaches can be readily employed to accurately quantify real-time changes in cell adhesion and de-adhesion induced by matrix modification (using endothelial cells and myeloperoxidase as a pathophysiological matrix-modifying stimulus) with high temporal resolution and in a non-invasive manner. The xCELLigence cell-substrate impedance system continuously quantifies the area of cell-matrix adhesion by measuring the electrical impedance at the cell-substrate interface in cells grown on gold microelectrode arrays. Image analysis of time-lapse differential interference contrast movies quantifies changes in the projected area of individual cells over time, representing changes in the area of cell-matrix contact. Both techniques accurately quantify rapid changes to cellular adhesion and de-adhesion processes. Cell-substrate impedance on microelectrode biosensor arrays provides a platform for robust, high-throughput measurements. Live cell imaging analyses provide additional detail regarding the nature and dynamics of the morphological changes quantified by cell-substrate impedance measurements. These complementary approaches provide valuable new insights into how myeloperoxidase-catalyzed oxidative modification of subcellular extracellular matrix components triggers rapid changes in cell adhesion, morphology and signaling in endothelial cells. These approaches are also applicable for studying cellular adhesion dynamics in response to other matrix-modifying stimuli and in related adherent cells (e.g., epithelial cells).

Here, we present a protocol to continuously quantify cell adhesion and de-adhesion processes with high temporal resolution in a non-invasive manner by cell-substrate impedance and live cell imaging analyses. These approaches reveal the dynamics of cell adhesion/de-adhesion processes triggered by matrix modification and their temporal relationship to adhesion-dependent signaling events.

Matrix Modifikasyon Bağlı Hücresel Yapışma ve De-yapışma Real-time Değişiklikleri Tedbir Hücre-substrat Empedans ve Canlı Hücre Görüntüleme kullanma

Cell-matrix adhesion plays a key role in controlling cell morphology and signaling. Stimuli that disrupt cell-matrix adhesion (e.g., myeloperoxidase and ...

Detection of Exosomal Biomarker by Electric Field-induced Release and Measurement (EFIRM)

Exosomes are microvesicular structures that play a mediating role in intercellular communication. It is of interest to study the internal cargo of exosomes to determine if they carry disease discriminatory biomarkers. For performing exosomal analysis, it is necessary to develop a method for extracting and analyzing exosomes from target biofluids without damaging the internal content.
Electric field-induced release and measurement (EFIRM) is a method for specifically extracting exosomes from biofluids, unloading their cargo, and testing their internal RNA/protein content. Using an anti-human CD63 specific antibody magnetic microparticle, exosomes are first precipitated from biofluids. Following extraction, low-voltage electric cyclic square waves (CSW) are applied to disrupt the vesicular membrane and cause cargo unloading. The content of the exosome is hybridized to DNA primers or antibodies immobilized on an electrode surface for quantification of molecular content.
The EFIRM method is advantageous for extraction of exosomes and unloading cargo for analysis without lysis buffer. This method is capable of performing specific detection of both RNA and protein biomarker targets in the exosome. EFIRM extracts exosomes specifically based on their surface markers as opposed to size-based techniques.
Transmission electron microscopy (TEM) and assay demonstrate the functionality of the method for exosome capture and analysis. The EFIRM method was applied to exosomal analysis of 9 mice injected with human lung cancer H640 cells (a cell line transfected to express the exosome marker human CD63-GFP) in order to test their exosome profile against 11 mice receiving saline controls. Elevated levels of exosomal biomarkers (reference gene GAPDH and protein surface marker human CD63-GFP) were found for the H640 injected mice in both serum and saliva samples. Furthermore, saliva and serum samples were demonstrated to have linearity (R = 0.79). These results are suggestive for the viability of salivary exosome biomarkers for detection of distal diseases.

Detection of Exosomal Biomarker by Electric Field-induced Release and Measurement EFIRM

Exosomes are microvesicular structures found within biofluids that potentially carry important disease discriminatory biomarkers. Here, a novel method is used to specifically extract exosomes and rapidly test the exosomal cargo for both RNA/protein targets following the disruption of exosomes using non-uniform electric cyclic square waves.

Elektrik Alan-kaynaklı Release ve Ölçme (EFIRM) tarafından Exosomal Biomarker Algılama

Exosomes are microvesicular structures that play a mediating role in intercellular communication. It is of interest to study the internal cargo of ...

Intraductal Delivery to the Rabbit Mammary Gland

Localized intraductal treatments for breast cancer offer potential advantages, including efficient delivery to the tumor and reduced systemic toxicity and adverse effects1,2,3,4,5,6,7. However, several challenges remain before these treatments can be applied more widely. The development and validation of intraductal therapeutics in an appropriate animal model facilitate the development of intraductal therapeutic strategies for patients. While the mouse mammary gland has been widely used as a model system of mammary development and tumorigenesis, the anatomy is distinct from the human gland. A larger animal model, such as the rabbit, may serve as a better model for mammary gland structure and intraductal therapeutic development. In contrast to mice, in which ten ductal trees are spatially distributed along the body axis, each terminating in a separate teat, the rabbit mammary gland more closely resembles the human gland, with multiple overlapping ductal systems that exit through separate openings in one teat. Here, we present minimally invasive methods for the delivery of reagents directly into the rabbit mammary duct and for visualization of the delivery itself with high-resolution ultrasound imaging.

Here, we describe a technique for the localized delivery of reagents to the rabbit mammary gland via an intraductal injection. In addition, we describe a protocol for visualization and the confirmation of delivery by high-resolution ultrasound imaging of contrast agents.

Rabbit Meme Bezi için İntraduktal Teslimat

Localized intraductal treatments for breast cancer offer potential advantages, including efficient delivery to the tumor and reduced systemic toxicity and ...

Environmental Dynamic Mechanical Analysis to Predict the Softening Behavior of Neural Implants

When using dynamically softening substrates for neural implants, it is important to have a reliable in vitro method to characterize the softening behavior of these materials. In the past, it has not been possible to satisfactorily measure the softening of thin films under conditions mimicking body environment without substantial effort. This publication presents a new and simple method that allows dynamic mechanical analysis (DMA) of polymers in solutions, such as phosphate buffered saline (PBS), at relevant temperatures. The use of environmental DMA allows measurement of the softening effects of polymers due to plasticization in various media and temperatures, which therefore allows a prediction of the materials behavior under in vivo conditions.

To allow reliable predictions of the softening of polymeric substrates for neural implants in an in vivo environment, it is important to have a reliable in vitro method. Here, the use of dynamic mechanical analysis in phosphate buffered saline at body temperature is presented.

Sinirsel implantları yumuşatma davranışını tahmin etmek için çevre dinamik mekanik analiz

When using dynamically softening substrates for neural implants, it is important to have a reliable in vitro method to characterize the softening behavior ...

Imaging Integrin Tension and Cellular Force at Submicron Resolution with an Integrative Tension Sensor

Molecular tension transmitted by integrin-ligand bonds is the fundamental mechanical signal in the integrin pathway that plays significant roles in many cell functions and behaviors. To calibrate and image integrin tension with high force sensitivity and spatial resolution, we developed an integrative tension sensor (ITS), a DNA-based fluorescent tension sensor. The ITS is activated to fluoresce if sustaining a molecular tension, thus converting force to fluorescent signal at the molecular level. The tension threshold for ITS activation is tunable in the range of 10&#8211;60 pN that well covers the dynamic range of integrin tension in cells. On a substrate grafted with an ITS, the integrin tension of adherent cells is visualized by fluorescence and imaged at submicron resolution. The ITS is also compatible with cell structural imaging in both live cells and fixed cells. The ITS has been successfully applied to the study of platelet contraction and cell migration. This paper details the procedure for the synthesis and application of the ITS in the study of integrin-transmitted cellular force.

Integrin tension plays important roles in various cell functions. With an integrative tension sensor, integrin tension is calibrated with picoNewton (pN) sensitivity and imaged at submicron resolution.

Integrin gerginlik ve hücresel kuvvet bütünleştirici gerilim sensör ile Mikronaltı çözünürlükte görüntüleme

Molecular tension transmitted by integrin-ligand bonds is the fundamental mechanical signal in the integrin pathway that plays significant roles in many ...

Single-Cell Optical Action Potential Measurement in Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes

Conventional intracellular microelectrode techniques to quantify cardiomyocyte electrophysiology are extremely complex, labor intensive, and typically carried out in low throughput. Rapid and ongoing expansion of induced pluripotent stem cell (iPSC) technology presents a new standard in cardiovascular research and alternate methods are now necessary to increase throughput of electrophysiological data at a single cell level. VF2.1Cl is a recently derived voltage sensitive dye which provides a rapid single channel, high magnitude response to fluctuations in membrane potential. It possesses kinetics superior to those of other existing voltage indicators and makes available functional data equivalent to that of traditional microelectrode techniques. Here, we demonstrate simplified, non-invasive action potential characterization in externally paced human iPSC derived cardiomyocytes using a modular and highly affordable photometry system.

Here we describe optical acquisition and characterization of action potentials from induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes using a high-speed modular photometry system.

İnsan kaynaklı Pluripotent Kök Hücre Türevli Kardiyomiyositlerde Tek Hücreli Optik Eylem Potansiyeli Ölçümü

Conventional intracellular microelectrode techniques to quantify cardiomyocyte electrophysiology are extremely complex, labor intensive, and typically ...

DNA Tension Probes to Map the Transient Piconewton Receptor Forces by Immune Cells

Mechanical forces transmitted at the junction between two neighboring cells and at the junction between cells and the extracellular matrix are critical for regulating many processes ranging from development to immunology. Therefore, developing the tools to study these forces at the molecular scale is critical. Our group developed a suite of molecular tension sensors to quantify and visualize the forces generated by cells and transmitted to specific ligands. The most sensitive class of molecular tension sensors are comprised of nucleic acid stem-loop hairpins. These sensors use fluorophore-quencher pairs to report on the mechanical extension and unfolding of DNA hairpins under force. One challenge with DNA hairpin tension sensors is that they are reversible with rapid hairpin refolding upon termination of the tension and thus transient forces are difficult to record. In this article, we describe the protocols for preparing DNA tension sensors that can be "locked" and prevented from refolding to enable "storing" of mechanical information. This allows for the recording of highly transient piconewton forces, which can be subsequently "erased" by the addition of complementary nucleic acids that remove the lock. This ability to toggle between real-time tension mapping and mechanical information storing reveals weak, short-lived, and less abundant forces, that are commonly employed by T cells as part of their immune functions.

This paper describes a detailed protocol for using DNA-based tension probes to image the receptor forces applied by immune cells. This approach can map receptor forces &gt;4.7pN in real-time and can integrate forces over time.

Bağışıklık Hücreleri Tarafından Geçici Piconewton Reseptör Kuvvetlerini Haritalamak için DNA Gerilim Probları

Mechanical forces transmitted at the junction between two neighboring cells and at the junction between cells and the extracellular matrix are critical ...