This work was funded by start-up funds provided to Dr. Silviya Zustiak by Saint Louis University as well as by a President&#8217;s Research Fund (PRF) grant awarded to Dr. Silviya Zustiak by Saint Louis University. We thank Naveed Ahmed and Keval Shah for technical assistance.

Hidrojel-ilişkili Çözümleri ve Alikot 1. Hazırlık <ol><li> Poliakrilamid jel ön-madde çözeltisinin hazırlanması. <ol><li> Akrilamid, (A) karıştırılarak poliakrilamid jel ön-madde solüsyonu hazırlayın (w / v% 40, E r 71,08 g / Mol) ve çapraz bağlayıcı bisakrilamid (B), (a / h% 2, E 154,17 g / mol r), ve tespit edilen Tablo 1 &#39;de belirtilen hacim yüzdeleri ile iyonize su. NOT: Bu çözümler büyük partiler halinde hazırlanır ve birkaç aya kadar 4 ° C &#39;de muhafaza edilebilir. <ol><li> DİKKAT: Akrilamid inhalasyon veya sindirim üzerine toksik olan, özellikle toz biçiminde olduğunda: bu durumda, tercihan, toksisite riskleri azaltmak / v solüsyonu ağırlık% 40 kullanılır. Eldiven, gözlük, ve bir laboratuvar önlüğü gibi, koruyucu giysiler giyerek sadece süre taşıyınız. Buzdolabında bir ışık dayanıklı, sıkıca kapalı bir kapta saklayın (&lt;23 ° C, bölgeyi iyi havalandırılmış). </li><li> DİKKAT: Bis-akrilamid, özellikle, inhalasyon ya da sindirim üzerine toksikzaman toz biçiminde: bu durumda, tercihan, toksisite riskleri azaltmak / v solüsyonu% 2 w kullanılır. Eldiven, gözlük, ve bir laboratuvar önlüğü gibi, koruyucu giysiler giyerek sadece süre taşıyınız. Buzdolabı (&lt;4 ° C, iyi havalandırılmış alan) bir ışık dayanıklı, sıkıca kapalı bir kapta saklayın. </li></ol></li></ol></li><li> Hazırlama ve N -Sulfosuccinimidyl-6- (4&#39;-azido-2&#39;-nitrofenilamino) heksanoat kullanım bölümü (Sülfo-SANPAH, E 492,40 g / mol r). DİKKAT: Sulfo-SANPAH Ciddi göz tahrişine neden olur; eldiven ve uygun göz ve yüz koruması ile anlaştım. Mağaza aldıktan sonra -20 ° C&#39;de ve önceki şişelemeden. <ol><li> Sülfo-SANPAH saklamak için: 50 mg / ml dimethylsulfoxane (DMSO) içinde Sülfo-SANPAH çözülür. Tüp başına 20 ul 50 mikro santrifüj tüplerine stok çözeltisi alikosu. Kuru buz veya sıvı azot içinde hızlı dondurma -80 ° C&#39;de ve mağaza (maksimum çapraz bağlayıcı verimliliği korumak için bir seçime bağlı, fakat tercih edilen bir aşaması). NOT: tümbölenler can birkaç ay boyunca saklanabilir. </li><li> Sülfo-SANPAH kullanmak için: kısım kısaca çözülme ve deiyonize su içinde 480 ul seyreltin. Hemen kullanın. Sulfo-SANPAH suda hızlı hidrolize: bu nedenle hızlı bir şekilde yukarıdaki tüm adımları gerçekleştirmek için dikkat çekmek. </li></ol></li><li> Amonyum persülfat (M r 228,18 g / Mol) alikotları hazırlanması. NOT: Amonyum persülfat göz, cilt ve solunum tahriş olmasına neden olur. Işlerken uygun kişisel koruyucu ekipman kullanın. Bir kimyasal davlumbaz amonyum persülfat tozu Kolu. Kuru, iyi havalandırılan bir yerde saklayın tozu. Aliquoted sonra, seyreltik çözelti çalışma tezgahı üzerinde kullanılabilir. <ol><li> Ağ / hac% 10&#39;luk bir nihai amonyum persülfat konsantrasyonu elde etmek için deiyonize su içinde amonyum persülfat çözülür. -20 ° C&#39;de kısım ve mağaza. Kullanımdan hemen önce çözülme. </li></ol></li><li> Kolajen Tip I çözeltisinin hazırlanması. <ol><li> Böylece stok seyreltilmesi ile 0.2 mg / ml kollajen çözüm hazırlayınpH 7.4 1 x fosfat tamponlu tuzlu su (PBS) içinde dökülmesinden. Buz kısaca Mağaza veya seyreltme üzerine hemen kullanın. </li></ol></li></ol> 2. Hidrojel Hazırlık (Şekil 1&#39;e bakın) <ol><li> Hidrofobik cam slaytların hazırlanması. <ol><li> Bir cam plaka üzerine bir hidrofobik çözeltisinin bir kaç damla yerleştirin ve yüzey boyunca yaymak için kağıt mendil kullanmayın. Hava kurumasını bekleyin ve hidrofobik kaplama bile dışarı tekrar kağıt mendil ile silin. NOT: oda sıcaklığında bir yanıcı kabine saklayın hidrofobik bir çözüm. Kullanırken kişisel koruyucu ekipman kullanın. Iyi havalandırılan bir alanda çalışın. </li></ol></li><li> Esnek plastik destek hazırlanması. <ol><li> Hidrofobik kaplı cam plakanın boyutuna uyacak şekilde esnek plastik desteği kesti. </li><li> Hafifçe böyle bir neşter gibi keskin bir aletle yüzeyi çizilmeye esnek plastik destek hidrofobik yan işaretleyin. NOT: jel kez - tamamen şeffaf - kurur, Çizikleri esnek plastik destek tarafı jel içeren ayırt yardımcı olacaktır. Not: esnek plastik destek, bir hidrofobik ve hidrofilik bir tarafa sahiptir. Bir kez yatırılır, poliakrilamid kalıcı kolay sonraki hidrojel kullanımını kolaylaştırır plastik desteğin hidrofilik tarafına yapışır. </li></ol></li><li> Jel Hazırlanması (örneğin, miktarlar 5 ml jel prekürsör çözeltilerinde için verilmiştir). Not: jel başlangıç ​​kalınlığı, 0.5 mm olduğunda 5 mi ~ 40 jeller üretmek için yeterli olacaktır. Jel kalınlığı azalır, daha fazla jeller elde edilebilir. <ol><li> 50 ml&#39;lik konik bir tüp içinde arzu edilen nihai konsantrasyonu (Tablo 1) poliakrilamid ön-madde çözeltisi 4972,5 ul koyun. Açılan bir kapakla 30 dakika boyunca bir gaz tahliye açıklığının yerleştirin. NOT: Oksijen serbest radikal tuzak gibi davranır ve mevcut, polimerizasyonu inhibe eder. </li><li> Amonyum persülfat ağ / hac% 10, 25 ul ekle nihai elde etmek için (1.3 noktasına bakınız)% 0.05 amonyum persülfat konsantrasyonu. </li><li> N, N, N &#39;, N&#39;-tetrametiletilendiamin 2.5 ul ekle% 0.5 bir son TEMED konsantrasyon elde etmek için gazı giderilmiş jel çözeltisine (TEMED, E 116,24 g / mol r). NOT: Mağaza TEMED oda sıcaklığında bir yanıcı kabine içinde. Uygun kişisel koruyucu ekipman giyen zaman kimyasal davlumbaz taşıyınız. Bu yüksek ölçüde hava ve neme duyarlı olduğu gibi sıkı bir atıl gaz altında kapalı tutun. </li><li> 5 kez - aşağı yukarı 3 pipetleme ve hafifçe karıştırın çözüm. Jel habercisi çözüm içine oksijen difüzyon önlemek için vorteks etmeyin. </li><li> Hidrofobik kaplamalı cam slayt ile esnek plastik destek ve sandviç hidrofilik yüzüne jel çözümü Pipet. Istenilen kalınlıkta (örneğin, 0.5 mm), silikon ayırıcılar ile iki slayt ayırın. Jelleşme bir göstergesi olarak kullanmak için 50 ml konik bir tüp içinde bir polimer ön-madde ile az bir miktar (~ 100 ul) bırakın. NOT:Herhangi bir boşluk kullanılabilir. 120 um - Örneğin, Parafilm tek bir şerit, bir son 100 şişmiş jel kalınlığı sağlar. </li><li> Polimerizasyon üzerine düz bir hidrojel yüzeye tespit esnek plastik destek / jel sandviç üstüne başka bir cam plaka yerleştirin. </li><li> Arzu edildiği takdirde daha az zaman daha yüksek bir ağırlık% &#39;si arasında jeller için kullanılabilir olmasına rağmen, jel, 45 dakika boyunca polimerize olsun. Jel polimerize olduğunu tespit etmek için, 50 ml konik tüp içinde kalan çözümü gözlemlemek; Geri kalan çözelti, jel ise, o zaman cam plaka üzerine jelasyon de başlatılmıştır olasıdır. Bununla birlikte, kalıp erken açılması tam bir polimerizasyonu engellemek unutmayın. </li><li> Jel oluşturulduktan sonra, üstte kovalent bağlı bir poliakrilamid jeli ile esnek plastik destek soyulabilir ve kuru hava jel tarafı yukarıya ayarlanır. Not: konveksiyon veya sıcak kurutma bu basamağını hızlandırmak için kullanılabilir. Esnek plastik destek üzerine kurutulmuş sonra, jel deposu olabilirsüresiz d. <ol><li> Poliakrilamid jeller kabarcıkları nedeniyle formu vermedi esnek plastik desteği, herhangi bir çıplak noktalar işaretleyin. Jel kuruduktan sonra bu esnek plastik desteği ile uyum gibi işaretle jel hala sulu ise. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. multiwell plaka Meclisi, Kollajen Kaplama ve Sterilizasyon <ol><li> Multiwell plakası montaj. <ol><li> Bir kez kurutulduktan sonra, arzu edilen şekillerde PA jeller kesti. <ol><li> 96 oyuklu bir plaka için, ~ 6 mm bir çapı olan bir ağır-iş delik kullanımı. Kare veya dikdörtgen şekiller halinde jeller kesmek için bir ağır kağıt kesici kullanın. Seçenek olarak ise, makas kullanın. </li></ol></li><li> Üreticinin talimatlarına uygun olarak 96-çukurlu plaka başına PDMS yaklaşık 500 ul hazırlayın. Çok oyuklu bir plaka tabanına jeller tutkal için, her bir göze merkezinde küçük damlacık polidimetilsiloksan (PDMS), (± 5 ul) yerleştirin. Forseps kullanarak, bir poliakrilamid yerleştirinaşağı her iyi, esnek plastik destek tarafında e jel. PDMS, tedavi, 4 saat, en az 37 ° C &#39;de Prefabrik levha bırakmak için izin verilmesi. </li></ol></li><li> Poliakrilamid jellerin Kollajen kaplama. <ol><li> Bir transfer pipet, küçük bir miktar koyun - sülfo-SANPAH (7 8 ul) jel yüzeyi eşit şekilde kaplamak için yanlara iyi ve girdap her (1.2.2 noktasına bakınız). Sülfo-SANPAH suda stabil olmadığından derhal çalışın. </li><li> 5 dakika boyunca - (365 nm, yoğunluk = 37 mW λ = 302), yüksek yoğunluklu UV lambası altında plaka yerleştirin. Aşırı sülfo-SANPAH kaldırmak için PBS ile jeller durulayın. </li><li> 50 ul 0.2 mg Pipet / ml kolajen Tip I çözelti, her oyuğa (1.4 noktasına bakınız). 4 ° C&#39;de en az 2 saat ya da O / N, oda sıcaklığında kapalı plaka bırakın. NOT: kolajen kaplama sürecini hızlandırmak için, bir transfer pipet kollajen çözümü eklemek için kullanılabilir. Genellikle, 1 - çözümün 2 damlacıkları tamamlamak için yeterli olmalıdırly jel yüzeyini kaplayan. </li><li> Kollajen bağlanmasını sağlamak üzere, en az 2 saat boyunca oda sıcaklığında plaka bırakın. </li><li> 2 saat boyunca bir doku kültür başlığı içinde fazla kolajen çözeltisi çıkarın ve UV (λ = 200 nm) altında sterilize etmek için PBS ile durulayın. </li><li> Nemlendirmek ve dengelenmeye O / N (orta bileşim için bölüm 4.1 bakınız) tam orta jeller bekletin. Hücre kadar 2 gün boyunca buzdolabında hemen veya mağaza ekim için kullanın. </li></ol></li></ol> Pensilvanya Sertlik Testi 4. Hücre Tohumculuk Not: ortak memeli hücre çizgileri için tipik olmakla birlikte, bu bölümde tarif protokolü özellikle meme kanseri MDA-MB-231 hücre çizgisi ile birlikte kullanılır (bakınız Şekil 4 ve 5). <ol><li> 37 ° C&#39;de 5 dakika boyunca,% 5 tripsin / EDTA maruz bırakılarak doku kültür şişesi ile ilgili hücreler toplanır. Kültür şişesi alanının her cm 2 başına tripsin / EDTA ~ 80 ul kullanın; Örneğin fo tripsin / EDTA 2 ml kullanmakra T25 hücre kültürü şişesi. Yeniden askıya arzu edilen bir nihai hücre konsantrasyonunda% 10 cenin sığır serumu (FBS) ve% 1 penisilin / streptomisin ile desteklenmiş tam ortam içinde toplanan hücreler. Hesap zamanı iki katına hücrenin yanı sıra hücreler tahlil numaralı seribaşı olacak zamanın uzunluğu dikkate alındığında, uygun bir alt birleşik hücre konsantrasyonunu seçin. Eklenen ortam tamamen hidrojeller batığın için yeterli olduğundan emin olun. Not: hidrojeller ortam içinde önceden-dengelenmiş olan bu yana yeterli olmalıdır 100 ul hacim (3.2.6 aşama bakınız). Jeller, önceki adımda ortam içinde önceden-dengelenmiş olan bu yana çukurlu bir levha için kullanılan tipik ortam hacimleri için yeterli olmalıdır. NOT: deney herhangi bir bağlantı bağımlı bir hücre tipi için uygun olacaktır. <ol><li> Bir hemasitometre kullanarak bir ters mikroskop altında hücre sayısı. Yük 10 her hemasitometre portuna hücre süspansiyonu ul ve en az 8 kadran hücre sayısını ortalama. Almak içinNihai hücre konsantrasyonu, 10 4 hücre sayısını çarpın. NOT: Her hemasitometre kadranda hücre sayısı 20 olduğunda iyi hücre sayımı sonuçları elde edilir - 50. </li></ol></li><li> Kültür, 37 ° C&#39;de, nemlendirilmiş bir kuluçka makinesi içinde PA sertlik deneyi üzerine hücre ve% 5 CO2. 3 gün - her 2 ortamı değiştirmek. 5 dakika boyunca 37 ° C&#39;de% 5 tripsin / EDTA maruz bırakılarak gerektiğinde hücreler toplanır. Doku kültür şişesi cm2 tripsin / EDTA ~ 80 ul kullanın. Biraz yanlara çukurlu plaka devrilme ve hidrojel dokunmadan aksine, her bir yan duvarına üzerine pipet dokunarak aspire veya pipet orta: Tüm hücre manipülasyon adımları sırasında, özel hidrojel yüzeyi bozmayacak özen gösterin. NOT: standart doku kültürü taşıma sırasında hidrojel yüzeye zarar vermemeye özel özen dışında, hücreler üzerinde seribaşı sanki sertlik deneyi aynı şekilde manipüle edilebilir üzerine numaralı seribaşınormal bir çok-yuvalı plaka. </li></ol> Pensilvanya Sertlik Testi üzerine Tohumlu Hücre 5. Görüntüleme <ol><li> Doğrudan PA sertlik deneyi Görüntü hücreleri. NOT: Herhangi bir mikroskop - ters, floresan veya konfokal, hücre görüntüleme için kullanılabilir. Not: sertlik deneyi oluşturmak için kullanılan esnek bir plastik destek tamamen saydam olan ve autofluoresce veya hücre görüntüleme ile karışmaz. Bununla birlikte, esnek plastik desteğin kendisi şeffaf olsa bile, görüntüleme yetenekleri amacı çalışma mesafesi ile sınırlı olacaktır. Esnek plastik destek keskin yüksek büyütme için azalan, 0.23 mm kalınlığında ve 10X objektif bir tipik çalışma mesafesi ~ 4 mm vardır. <ol><li> Canlı hücre görüntüleme için, mikroskop plaka tutucu ve görüntüde pozisyon PA sertlik deneyi. 2 saat altında görüntüleme oturumları tutun, ya da daha uzun görüntüleme kez bir çevre odasına sahip bir mikroskop kullanmak. </li><li> Ne zaman canlı hücre imyaşlanma amaç değil,% 0.1 deterjan ile takviye% 4 formaldehit çözeltisi içinde hücreler düzeltmek. 2 saat içinde en az oda sıcaklığında sabitleyici hücreleri bekletin. PBS ile iki kez durulayın. Belirlenmiş bir çöp bidonuna sabitleyici atık atın. Not: Hücreler hemen görüntülenebilir ya da 2 hafta süre ile, 4 ° C&#39;de PBS içinde batık saklanan. DİKKAT: Formaldehit Teneffüs ve temas halinde toksiktir. Bir kimyasal davlumbaz eldiven kullanınız. NOT: Belirli fiksatifler bazı hücre proteinlerini zarar nedeniyle Hücre tespit protokolü, daha sonra hücre boyama ve işleme protokolleri dayalı seçilmelidir. </li><li> Floresan görüntüleme için, leke multiwell plaka doğrudan istenen hücre boyası ile hücrelerin sabit. Görüntü hemen. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Levental, I., Georges, P. C., Janmey, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+biological+materials+and+their+impact+on+cell+function%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Soft biological materials and their impact on cell function.</a> Soft Matter. 3, 299-306 (2007).</li>
<li>Minton, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanotransduction%3A+A+stiff+response%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Molecular+Cell+Biology%22%5BJournal%5D)">Mechanotransduction: A stiff response.</a> Nature Reviews Molecular Cell Biology. 15 (8), 500-500 (2014).</li>
<li>Yeung, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+substrate+stiffness+on+cell+morphology%2C+cytoskeletal+structure%2C+and+adhesion%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+motility+and+the+cytoskeleton%22%5BJournal%5D)">Effects of substrate stiffness on cell morphology, cytoskeletal structure, and adhesion.</a> Cell motility and the cytoskeleton. 60 (1), 24-34 (2005).</li>
<li>Watt, F. M., Huck, W. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+the+extracellular+matrix+in+regulating+stem+cell+fate%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Molecular+Cell+Biology%22%5BJournal%5D)">Role of the extracellular matrix in regulating stem cell fate.</a> Nature Reviews Molecular Cell Biology. 14 (8), 467-473 (2013).</li>
<li>Zustiak, S., Nossal, R., Sackett, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiwell+stiffness+assay+for+the+study+of+cell+responsiveness+to+cytotoxic+drugs%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+and+bioengineering%22%5BJournal%5D)">Multiwell stiffness assay for the study of cell responsiveness to cytotoxic drugs.</a> Biotechnology and bioengineering. 111 (2), (2014).</li>
<li>Mih, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+multiwell+platform+for+studying+stiffness-dependent+cell+biology%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">A multiwell platform for studying stiffness-dependent cell biology.</a> PLoS One. 6 (5), e19929(2011).</li>
<li>Sunyer, R., Jin, A. J., Nossal, R., Sackett, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+hydrogels+with+steep+stiffness+gradients+for+studying+cell+mechanical+response%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+one%22%5BJournal%5D)">Fabrication of hydrogels with steep stiffness gradients for studying cell mechanical response.</a> PloS one. 7 (10), e46107(2012).</li>
<li>Herrick, W. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PEG-phosphorylcholine+hydrogels+as+tunable+and+versatile+platforms+for+mechanobiology%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">PEG-phosphorylcholine hydrogels as tunable and versatile platforms for mechanobiology.</a> Biomacromolecules. 14 (7), 2294-2304 (2013).</li>
<li>Tokuda, E. Y., Leight, J. L., Anseth, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulation+of+matrix+elasticity+with+PEG+hydrogels+to+study+melanoma+drug+responsiveness%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Modulation of matrix elasticity with PEG hydrogels to study melanoma drug responsiveness.</a> Biomaterials. 35 (14), 4310-4318 (2014).</li>
<li>Feng, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Substrate+stiffness+influences+the+outcome+of+antitumor+drug+screening+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Clinical+hemorheology+and+microcirculation%22%5BJournal%5D)">Substrate stiffness influences the outcome of antitumor drug screening in vitro.</a> Clinical hemorheology and microcirculation. 55 (1), 121-131 (2013).</li>
<li>Ramamoorthi, K., Hara, J., Ito, C., Asuri, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+Three-Dimensional+Matrix+Stiffness+in+Regulating+the+Response+of+Human+Neural+Cells+to+Toxins%5BTitle%5D)+AND+%22Cellular+and+Molecular+Bioengineering%22%5BJournal%5D)">Role of Three-Dimensional Matrix Stiffness in Regulating the Response of Human Neural Cells to Toxins.</a> Cellular and Molecular Bioengineering. 7 (2), 1-7 (2014).</li>
<li>Tilghman, R. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Matrix+rigidity+regulates+cancer+cell+growth+and+cellular+phenotype%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+one%22%5BJournal%5D)">Matrix rigidity regulates cancer cell growth and cellular phenotype.</a> PloS one. 5 (9), e12905(2010).</li>
<li>Gobaa, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Artificial+niche+microarrays+for+probing+single+stem+cell+fate+in+high+throughput%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+methods%22%5BJournal%5D)">Artificial niche microarrays for probing single stem cell fate in high throughput.</a> Nature methods. 8 (11), 949-955 (2011).</li>
<li>Kumachev, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+generation+of+hydrogel+microbeads+with+varying+elasticity+for+cell+encapsulation%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">High-throughput generation of hydrogel microbeads with varying elasticity for cell encapsulation.</a> Biomaterials. 32 (6), 1477-1483 (2011).</li>
<li>Fu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+regulation+of+cell+function+with+geometrically+modulated+elastomeric+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">Mechanical regulation of cell function with geometrically modulated elastomeric substrates.</a> Nature Methods. 7 (9), 733-736 (2010).</li>
<li>Pelham, R. J., Wang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+locomotion+and+focal+adhesions+are+regulated+by+substrate+flexibility%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Cell locomotion and focal adhesions are regulated by substrate flexibility.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 94 (25), 13661-13665 (1997).</li>
<li>Tse, J. R., Engler, A. J., et al. Preparation of hydrogel substrates with tunable mechanical properties. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTse%2C+JR+%22Current+protocols+in+cell+biology+%2F+editorial+board%2C+Juan+S.+Bonifacino+...+%5Bet+al.%5D%22">Current protocols in cell biology / editorial board, Juan S. Bonifacino ... [et al.]</a>. 10 (Unit 10 16), (2010).</li>
<li>Yeung, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+substrate+stiffness+on+cell+morphology%2C+cytoskeletal+structure%2C+and+adhesion%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+motility+and+the+cytoskeleton%22%5BJournal%5D)">Effects of substrate stiffness on cell morphology, cytoskeletal structure, and adhesion.</a> Cell motility and the cytoskeleton. 60 (1), 24-34 (2005).</li>
<li>Lo, C. -M., Wang, H. -B., Dembo, M., Wang, Y. -l <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+movement+is+guided+by+the+rigidity+of+the+substrate%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+journal%22%5BJournal%5D)">Cell movement is guided by the rigidity of the substrate.</a> Biophysical journal. 79 (1), 144-152 (2000).</li>
<li>Engler, A. J., Sen, S., Sweeney, H. L., Discher, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Matrix+elasticity+directs+stem+cell+lineage+specification%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Matrix elasticity directs stem cell lineage specification.</a> Cell. 126 (4), 677-689 (2006).</li>
<li>Discher, D. E., Janmey, P., Wang, Y. -l <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+cells+feel+and+respond+to+the+stiffness+of+their+substrate%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Tissue cells feel and respond to the stiffness of their substrate.</a> Science. 310 (5751), 1139-1143 (2005).</li>
<li>Young, D. A., Choi, Y. S., Engler, A. J., Christman, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulation+of+adipogenesis+of+adult+adipose-derived+stem+cells+using+substrates+that+mimic+the+stiffness+of+adipose+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Stimulation of adipogenesis of adult adipose-derived stem cells using substrates that mimic the stiffness of adipose tissue.</a> Biomaterials. 34 (34), 8581-8588 (2013).</li>
<li>Semler, E. J., Lancin, P. A., Dasgupta, A., Moghe, P. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+hepatocellular+morphogenesis+and+function+via+ligand-presenting+hydrogels+with+graded+mechanical+compliance%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+Bioengineering%22%5BJournal%5D)">Engineering hepatocellular morphogenesis and function via ligand-presenting hydrogels with graded mechanical compliance.</a> Biotechnology Bioengineering. 89 (3), 296-307 (2005).</li>
<li>Reinhart-King, C. A., Dembo, M., Hammer, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell-cell+mechanical+communication+through+compliant+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+journal%22%5BJournal%5D)">Cell-cell mechanical communication through compliant substrates.</a> Biophysical journal. 95 (12), 6044-6051 (2008).</li>
<li>Fischer, R. S., Myers, K. A., Gardel, M. L., Waterman, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stiffness-controlled+three-dimensional+extracellular+matrices+for+high-resolution+imaging+of+cell+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+protocols%22%5BJournal%5D)">Stiffness-controlled three-dimensional extracellular matrices for high-resolution imaging of cell behavior.</a> Nature protocols. 7 (11), 2056-2066 (2012).</li>
<li>Quinlan, A. M., Billiar, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigating+the+role+of+substrate+stiffness+in+the+persistence+of+valvular+interstitial+cell+activation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Materials+Research+Part+A%22%5BJournal%5D)">Investigating the role of substrate stiffness in the persistence of valvular interstitial cell activation.</a> Journal of Biomedical Materials Research Part A. 100 (9), 2474-2482 (2012).</li>
<li>Zustiak, S. P., Leach, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrolytically+degradable+poly%28ethylene+glycol%29+hydrogel+scaffolds+with+tunable+degradation+and+mechanical+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Hydrolytically degradable poly(ethylene glycol) hydrogel scaffolds with tunable degradation and mechanical properties.</a> Biomacromolecules. 11 (5), 1348-1357 (2010).</li>
<li>Chrambach, A., Rodbard, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polyacrylamide+gel+electrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Polyacrylamide gel electrophoresis.</a> Science. 172 (3982), 440-451 (1971).</li>
<li>Lin, Y. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanosensing+of+substrate+thickness%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+review.+E%2C+Statistical%2C+nonlinear%2C+and+soft+matter+physics%22%5BJournal%5D)">Mechanosensing of substrate thickness.</a> Physical review. E, Statistical, nonlinear, and soft matter physics. 82 (4), 041918(2010).</li>
<li>Chrambach, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChrambach%2C+A+%22The+Practice+of+Quantitative+Gel+Electrophoresis%22">The Practice of Quantitative Gel Electrophoresis</a>. , (1985).</li>
<li>Sagvolden, G., Giaever, I., Pettersen, E. O., Feder, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+adhesion+force+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Cell adhesion force microscopy.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (2), 471-476 (1999).</li>
<li>Javaherian, S., Li, K. J., McGuigan, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+and+rapid+method+for+generating+patterned+co-cultures+with+stable+interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22BioTechniques%22%5BJournal%5D)">A simple and rapid method for generating patterned co-cultures with stable interfaces.</a> BioTechniques. 55 (1), 21-26 (2013).</li>
<li>Tarone, G., Galetto, G., Prat, M., Comoglio, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+surface+molecules+and+fibronectin-mediated+cell+adhesion%3A+effect+of+proteolytic+digestion+of+membrane+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+cell+biology%22%5BJournal%5D)">Cell surface molecules and fibronectin-mediated cell adhesion: effect of proteolytic digestion of membrane proteins.</a> The Journal of cell biology. 94 (1), 179-186 (1982).</li>
<li>Trujillo, V., Kim, J., Hayward, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Creasing+instability+of+surface-attached+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">Creasing instability of surface-attached hydrogels.</a> Soft Matter. 4 (3), 564-569 (2008).</li>
<li>Saha, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+creasing+instability+of+soft+polyacrylamide+cell+culture+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+journal%22%5BJournal%5D)">Surface creasing instability of soft polyacrylamide cell culture substrates.</a> Biophysical journal. 99 (12), L94-L96 (2010).</li>
<li>Buxboim, A., Rajagopal, K., Andre’EX, B., Discher, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+deeply+cells+feel%3A+methods+for+thin+gels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics%3A+Condensed+Matter%22%5BJournal%5D)">How deeply cells feel: methods for thin gels.</a> Journal of Physics: Condensed Matter. 22 (19), 194116(2010).</li>
<li>Merkel, R., Kirchgessner, N., Cesa, C. M., Hoffmann, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+force+microscopy+on+elastic+layers+of+finite+thickness%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+journal%22%5BJournal%5D)">Cell force microscopy on elastic layers of finite thickness.</a> Biophysical journal. 93 (9), 3314-3323 (2007).</li>
</ol>

The authors have nothing to disclose.

Başlangıçta elektroforez için geliştirilen Poliakrilamid jeller, 28 şimdi rutin hücre morfolojisi, hareketliliği ve diğer hücre özellikleri arasındaki iletişimi 3,24,29 tarihinde substrat sertlik etkilerini incelemek için hücre kültürü substrat olarak kullanılır. (Şekil 2, Tablo 1 &#39;de referans 17,25,26 bakınız) polimer ön-madde konsantrasyonu basit bir değişiklikle - (300 kPa 0.3) 1 Poliakrilamid alt-tabaka sertliğinin manipülas...

Vücutta en dokular ~ 1 GPa arasında bir elastisite modülüne sahiptir 0.1 kPa ila yumuşak kıkırdağın 100 kPa beyin, ancak, in vitro hücre araştırmalarında en doku kültür polistiren (TCP) üzerinde gerçekleştirilmiştir arasında değişen bir Young modülüne sahip yumuşak viskoelastik malzemelerdir . 1 Bu sertlik uyumsuzluğu ölçüde hücreler çevrelerine cevap şeklini etkiler. Araştırma artan vücut, 2,3 kök hücreler de dahil olmak üzere. Bunun sonucunda 4 farklı hücre tiplerinin kaderi üzerinde tabaka sertlik etkisi açıklık böylece adanmış, birden hidrojeller sertlik-bağımlı hücre anlaşılmasına yardım için geliştirilmiştir Yüzey sertliği hücre kaderi üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu kanıtlar büyürken poliakrilamidin (PA), 5-7 polietilen glikol (PEG), 8,9 polidimetilsiloksan (PDMS), 10 ve aljinat içeren biyoloji. 11, en ​​çalışmalar yürütülmektedir s az sayıda küçük ölçekliörnekleri şunlardır:. Hücre tipleri veya çevresel koşullar nadir bir dizi için substrat sertlik etkisi sistematik, çok boyutlu çalışmalar. 12 Çok ümit vaat eden yüksek verimli hidrojel teknolojisi PEG-bazlı microarrays, sertlik microrods çapı ve yüksekliği ile modüle edilen agaroz hidrojel mikro, 14 ya da mikro ve nano çubuklar üretim için 13 mikroakışkan cihazlar da dahil olmak üzere, geliştirilmiştir. 15 Ancak , teknolojileri, yüzeyler sofistike ve laboratuvarların sınırlı sayıda mevcuttur hazırlamak. Sertliği modüle hücre yanıtları kapsayan pek çok araştırma uygulanması, aynı zamanda Young&#39;ın modülü, yani 0.3 fizyolojik olarak uygun bir aralığı gösteren sadece ucuz ve basit değildir, poliakrilamid (PA) jelleri kullanan -. 300 kPa 16-22 Ancak, PA imalatı için yöntem Mevcut Hücre kültürü için jeller, emek yoğun ve dolayısıyla hazırlık vardırKüçük gruplar halinde ared. Hücre alt-tabakalar olarak PA jellerin hazırlanması ile ilgili zorluklardan bazıları jeller hazırlanacak olması şartı kaynaklanmaktadır: 1) oksijen yokluğunda tam polimerizasyona olanak sağlamak için, 2), düz ve pürüzsüz bir yüzeye sahip tek tip hücre olanak sağlamak üzere eki ve yayma, ve 3) kalıcı yüzen önlemek için hücre kültürü çanak altına yapıştırılmıştır. Çeşitli gruplar, büyük gruplar halinde hücre kültürü için PA jeller üretmek için çalıştılar. Semler ve diğ., Bir delikli zımba ile daha sonra &quot;kesme&quot; ve 96 oyuklu plakalara yerleştirildi PA jeller hazırlanmış kalın levhalar. 23 Bununla birlikte, bu yöntem, katı jeller, örneğin,&gt; 1 kPa bir Young modülü de, yumuşak, çünkü sınırlıdır jeller, kesmek zor, ve kolayca zarar &quot;yapışkan&quot; bulunmaktadır. MIH ve diğ., Jeller, doğrudan bir cam alt oyuklu bir plaka içinde polimerize edilmesini sağlar, daha gelişmiş bir teknik geliştirdi. <skadar&gt; 6 Bu fonksiyonlaşmış cam alt tabak içine jel çözümleri dökme ve özel coverglass dizi ile &quot;sandviç&quot; tarafından jeller oluşturarak elde edildi. 6 olsa çok umut verici, hafif kenar etkileri hala bu teknikle gözlendi. Ayrıca, teknik, birçok laboratuvarlar yanı sıra pahalı cam alt çukurlu plakalara hemen erişilebilir bir özel tasarlanmış bir dizi gerektirir. Bu kağıt kolayca herhangi bir laboratuar tarafından kabul edilebilir bir multiwell plaka PA jeller araya için basit ve ucuz bir şekilde anlatılmaktadır. Itici PA jeller olan bir hidrofobik on, ve kovalent birikmesi üzerine PA jel bağlayan hidrofil bir on, - Burada, esnek bir plastik destek iki tarafı sahip olan kullanılır. PA jel yaprak esnek plastik bir desteğe tespit sürekli yatırılır ve sonra, herhangi bir kalınlığı ya da sertlik jeller kullanım ve arzu edilen herhangi bir şekil olarak kesilmesi mümkün kılar. Bu yakloach bir PA bağlayıcı çözelti ile, cam lamelleri ya da pahalı cam alt çukurlu plakaların kuyu ya aksi takdirde piyasada mevcut değil boyutlarda özel plastik &#39;lamelleri&#39; üreten, aynı zamanda cam yüzeyler-tedavi öncesi gerekliliğini ortadan kaldırır sadece sıkıcı ve zaman alıcı bir adım. Son olarak, tek tip PA jeli yaprak büyük partiler halinde hazırlandı ve birkaç ay süreyle de hidratlanmamış saklanabilir. Özetle, burada sunulan tahlil çeşitli yönleriyle mevcut yöntemlere göre bir gelişmedir. İlk olarak, çok oyuklu bir plaka montaj işlemi verimli ve gerekli malzemelerin toplam maliyeti düşüktür. İkinci olarak, hidrojeller tek bir homojen jel, film içinde büyük partiler halinde üretilmektedir. Son olarak, ticari olarak temin edilebilir, yalnızca malzeme gerekmektedir. Analizin yarar hücre morfolojisi üzerinde alt-tabaka sertliğinin etkisinin incelenmesi ve alan yayılması ile görüntülenmiştir.

<table><tbody><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Reagents&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>40% Acrylamide</td><td>Bio-Rad</td><td>161-0140</td><td></td></tr><tr><td>2% Bis-acrylamide</td><td>Bio-Rad</td><td>161-0142</td><td></td></tr><tr><td>Ammonium Persulfate</td><td>Bio-Rad</td><td>161-07000</td><td></td></tr><tr><td>TEMED</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T9281</td><td></td></tr><tr><td>Sulfo-SANPAH</td><td>Thermo Scientific</td><td>22589</td><td></td></tr><tr><td>Collagen Type 1, from Rat tail, 3.68 mg/ml</td><td>BD Biosciences</td><td>354236</td><td></td></tr><tr><td>Dimethyl sulfoxide (DMSO)</td><td>Fisher Scientific</td><td>BP231-100</td><td></td></tr><tr><td>Hydrophobic solution &amp;#8212; Repel Silane</td><td>GE Healthcare Bio-Sciences</td><td>17-1332-01</td><td></td></tr><tr><td>PBS (1x), pH 7.4</td><td>HyClone</td><td>SH30256.01</td><td></td></tr><tr><td>Polydimehylsiloxane (PDMS) [Slygard 182 Elastomer Kit]</td><td>Elsworth Adhesives</td><td>3097358-1004</td><td></td></tr><tr><td>Tyrpsin/EDTA (10x)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>44174</td><td></td></tr><tr><td>RPMI-1640 Medium (1x)</td><td>HyClone</td><td>SH30027-02</td><td></td></tr><tr><td>Fetal Bovine Serum</td><td>HyClone</td><td>SH30073-03</td><td></td></tr><tr><td>Penicillin Streptomycin</td><td>MP Biomedicals</td><td>1670046</td><td></td></tr><tr><td>Detergent: Triton-X</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T8787</td><td></td></tr><tr><td>Formaldehyde 37% Solution</td><td>Sigma Aldrich</td><td>F1635</td><td></td></tr><tr><td>Bovine Serum Albumin (BSA)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A2153</td><td></td></tr><tr><td>BSA-based cell adhesion blocking kit &amp;#8212; ECM Cell Adhesion Array Kit</td><td>Chemicon International</td><td>ECM540</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Disposable lab equipment&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>flexible plastic support &amp;#8212; GelBond PAG Film for Polyacrylamide Gels</td><td>GE Healthcare Bio-Sciences</td><td>309819</td><td></td></tr><tr><td>Glass Plates</td><td>Slumpys</td><td>GBS4100SFSL</td><td></td></tr><tr><td>50 ml conical tubes</td><td>Fisher Scientific</td><td>3181345107</td><td></td></tr><tr><td>15 ml conicals tubes</td><td>FALCON</td><td>352097</td><td></td></tr><tr><td>Micro centrifuge tubes</td><td>Fisher Scientific</td><td>2 ml: 02681258</td><td></td></tr><tr><td>96-well plate (flat bottom)</td><td>Fisher Scientific</td><td>12565501</td><td></td></tr><tr><td>Disposable Pipettes (1&amp;nbsp;ml, 2&amp;nbsp;ml, 5&amp;nbsp;ml, 10&amp;nbsp;ml, 25&amp;nbsp;ml, 50&amp;nbsp;ml)</td><td>Fisher Scientific</td><td>1 ml: 13-678-11B, 2&amp;nbsp;ml: 05214038, 5&amp;nbsp;ml (FALCON): 357529, 10&amp;nbsp;ml: 13-678-11E, 25&amp;nbsp;ml: 13-678-11, 50&amp;nbsp;ml: 13-678-11F</td><td></td></tr><tr><td>Glass Transfer Pipettes</td><td>Fisher Scientific</td><td>5 3/4&quot;: 1367820A, 9&quot;:136786B</td><td></td></tr><tr><td>Pipette Tips (1-200&amp;nbsp;&amp;#956;l, 101-1000&amp;nbsp;&amp;#956;l)</td><td>Fisher Scientific</td><td>2707509</td><td></td></tr><tr><td>Plastic Standard Disposable Transfer Pipettes</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-711-9D</td><td></td></tr><tr><td>Parafilm</td><td>PARAFILM&amp;nbsp;</td><td>PM992</td><td></td></tr><tr><td>Powder Free Examination Gloves</td><td>Quest</td><td>92897</td><td></td></tr><tr><td>Silicone spacers &amp;#8212; Silicone sheet, 0.5 mm thick/13 cm x 18 cm</td><td>Grace Bio-Labs</td><td>JTR-S-0.5</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Large/non-disposable lab equipment&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Light and Flourescent Microscope (Axiovert 200M)</td><td>Zeiss</td><td>3820005619</td><td></td></tr><tr><td>Microscope Software</td><td>Zeiss</td><td>AxioVision Rel. 4.8.2</td><td></td></tr><tr><td>UV oven</td><td>UVITRON</td><td>UV1080</td><td></td></tr><tr><td>Vacuum chamber/degasser</td><td>BelArt</td><td>999320237</td><td></td></tr><tr><td>Vacuum pump for degasser</td><td>KNF Lab</td><td>5097482</td><td></td></tr><tr><td>Tissue Culture Hood</td><td>NUAIRE</td><td>NU-425-600</td><td></td></tr><tr><td>Chemical Fume Hood</td><td>KEWAUNEE</td><td>99151</td><td></td></tr><tr><td>Inverted Microscope (Axiovert 25)</td><td>Zeiss</td><td>663526</td><td></td></tr><tr><td>Incubator</td><td>NUAIRE</td><td>NU-8500</td><td></td></tr><tr><td>Pipette Aid</td><td>Drummond Scientific Co.</td><td>P-76864</td><td></td></tr><tr><td>Hemacytometer</td><td>Bright-Line</td><td>383684</td><td></td></tr></tbody></table>

simple polyacrylamide-based multiwell stiffness assay for the study of stiffness-dependent cell responses

Currently, most of the in vitro cell research is performed on rigid tissue culture polystyrene (~1 GPa), while most cells in the body are attached to a matrix that is elastic and much softer (0.1 &#8211; 100 kPa). Since such stiffness mismatch greatly affects cell responses, there is a strong interest in developing hydrogel materials that span a wide range of stiffness to serve as cell substrates. Polyacrylamide gels, which are inexpensive and cover the stiffness range of all soft tissues in the body, are the hydrogel of choice for many research groups. However, polyacrylamide gel preparation is lengthy, tedious, and only suitable for small batches. Here, we describe an assay which by utilizing a permanent flexible plastic film as a structural support for the gels, enables the preparation of polyacrylamide gels in a multiwell plate format. The technique is faster, more efficient, and less costly than current methods and permits the preparation of gels of custom sizes not otherwise available. As it doesn&#8217;t require any specialized equipment, the method could be easily adopted by any research laboratory and would be particularly useful in research focused on understanding stiffness-dependent cell responses.

Poliakrilamid (PA) hidrojelleri yaygın sertlik bağımlı hücre tepkileri test etmek için kullanılır. 17,24 akrilamid, (A) ve bis-akrilamid (B) bir çok yumuşak dokuların sertlik aralığı içinde yayılan PA jeller yapabilir çeşitli konsantrasyonlarda karıştırarak gövde - 0.3 -.. Burada 300 kPa Young modülü 1 Bununla birlikte, bunlar, poliakrilamid jellerin hazırlanması sıkıcı ve zaman genellikle, örneğin, ilaç tarama gibi &quot;yüksek verim&quot; uygulamalarda faydaların...

Watch this Scientific Journal Video about Simple Polyacrylamide-based Multiwell Stiffness Assay for the Study of Stiffness-dependent Cell Responses at JoVE.com

Simple Polyacrylamide-based Multiwell Stiffness Assay for the Study of Stiffness-dependent Cell Responses

Here, a method that enables quick, efficient, and inexpensive preparation of polyacrylamide gels in a multiwell plate format is described. The method does not require any specialized equipment and could be easily adopted by any research laboratory. It would be particularly useful in research focused on understanding stiffness-dependent cell responses.

Basit Poliakrilamid-tabanlı Sertlik bağımlı Hücre Yanıtların Çalışmaları multiwell Sertlik Deneyi

Currently, most of the in vitro cell research is performed on rigid tissue culture polystyrene (~1 GPa), while most cells in the body are attached to a ...

simple-polyacrylamide-based-multiwell-stiffness-assay-for-study

Research

JoVE Journal

Bioengineering

19.7K Görüntüleme.  Saint Louis University. Here, a method that enables quick, efficient, and inexpensive preparation of polyacrylamide gels in a multiwell plate format is described. The method does not require any specialized equipment and could be easily adopted by any research laboratory. It would be particularly useful in research focused on understanding stiffness-dependent cell responses.

Video: Simple Polyacrylamide-based Multiwell Stiffness Assay for the Study of Stiffness-dependent Cell Responses

Preparation of Complaint Matrices for Quantifying Cellular Contraction

The regulation of cellular adhesion to the extracellular matrix (ECM) is essential for cell migration and ECM remodeling. Focal adhesions are macromolecular assemblies that couple the contractile F-actin cytoskeleton to the ECM. This connection allows for the transmission of intracellular mechanical forces across the cell membrane to the underlying substrate. Recent work has shown the mechanical properties of the ECM regulate focal adhesion and F-actin morphology as well as numerous physiological processes, including cell differentiation, division, proliferation and migration. Thus, the use of cell culture substrates has become an increasingly prevalent method to precisely control and modulate ECM mechanical properties.
To quantify traction forces at focal adhesions in an adherent cell, compliant substrates are used in conjunction with high-resolution imaging and computational techniques in a method termed traction force microscopy (TFM). This technique relies on measurements of the local magnitude and direction of substrate deformations induced by cellular contraction. In combination with high-resolution fluorescence microscopy of fluorescently tagged proteins, it is possible to correlate cytoskeletal organization and remodeling with traction forces.
Here we present a detailed experimental protocol for the preparation of two-dimensional, compliant matrices for the purpose of creating a cell culture substrate with a well-characterized, tunable mechanical stiffness, which is suitable for measuring cellular contraction. These protocols include the fabrication of polyacrylamide hydrogels, coating of ECM proteins on such gels, plating cells on gels, and high-resolution confocal microscopy using a perfusion chamber. Additionally, we provide a representative sample of data demonstrating location and magnitude of cellular forces using cited TFM protocols.

In this video, we demonstrate the experimental techniques used to fabricate compliant, extracellular matrix (ECM) coated substrates suitable for cell culture, and which are amenable to traction force microscopy and observing effects of ECM stiffness on cell behavior.

Hücresel Daralma miktarının Şikayet Matrisler hazırlanması

The regulation of cellular adhesion to the extracellular matrix (ECM) is essential for cell migration and ECM remodeling.  Focal adhesions are ...

Biyomühendislik

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 ...

Measuring the Mechanical Properties of Living Cells Using Atomic Force Microscopy

Mechanical properties of cells and extracellular matrix (ECM) play important roles in many biological processes including stem cell differentiation, tumor formation, and wound healing. Changes in stiffness of cells and ECM are often signs of changes in cell physiology or diseases in tissues. Hence, cell stiffness is an index to evaluate the status of cell cultures. Among the multitude of methods applied to measure the stiffness of cells and tissues, micro-indentation using an Atomic Force Microscope (AFM) provides a way to reliably measure the stiffness of living cells. This method has been widely applied to characterize the micro-scale stiffness for a variety of materials ranging from metal surfaces to soft biological tissues and cells. The basic principle of this method is to indent a cell with an AFM tip of selected geometry and measure the applied force from the bending of the AFM cantilever. Fitting the force-indentation curve to the Hertz model for the corresponding tip geometry can give quantitative measurements of material stiffness. This paper demonstrates the procedure to characterize the stiffness of living cells using AFM. Key steps including the process of AFM calibration, force-curve acquisition, and data analysis using a MATLAB routine are demonstrated. Limitations of this method are also discussed.

This paper demonstrates a protocol to characterize the mechanical properties of living cells by means of microindentation using an Atomic Force Microscope (AFM).

Atomik Kuvvet Mikroskobu kullanarak Yaşam Hücrelerinin Mekanik Özellikleri Ölçme

Mechanical  properties of cells and extracellular matrix (ECM) play important roles in many  biological processes including stem cell differentiation, ...

Polyacrylamide Gels for Invadopodia and Traction Force Assays on Cancer Cells

Rigid tumor tissues have been strongly implicated in regulating cancer cell migration and invasion. Invasive migration through cross-linked tissues is facilitated by actin-rich protrusions called invadopodia that proteolytically degrade the extracellular matrix (ECM). Invadopodia activity has been shown to be dependent on ECM rigidity and cancer cell contractile forces suggesting that rigidity signals can regulate these subcellular structures through actomyosin contractility. Invasive and contractile properties of cancer cells can be correlated in vitro using invadopodia and traction force assays based on polyacrylamide gels (PAAs) of different rigidities. Invasive and contractile properties of cancer cells can be correlated in vitro using invadopodia and traction force assays based on polyacrylamide gels (PAAs) of different rigidities. While some variations between the two assays exist, the protocol presented here provides a method for creating PAAs that can be used in both assays and are easily adaptable to the user&#8217;s specific biological and technical needs.

Mechanical rigidity in the tumor microenvironment plays a crucial role in driving malignant behavior by increasing invadopodia activity and actomyosin contractility. Using polyacrylamide gels (PAAs), invadopodia and traction force assays can be utilized to study the invasive and contractile properties of cancer cells in response to matrix rigidity.

Kanser Hücreleri üzerindeki Invadopodia ve Çekiş Gücü Tahliller için poliakrilamid jeller

Rigid tumor tissues have been strongly implicated in regulating cancer cell migration and invasion. Invasive migration through cross-linked tissues is ...

Tıp

Studying the Effects of Matrix Stiffness on Cellular Function using Acrylamide-based Hydrogels

Tissue stiffness is an important determinant of cellular function, and changes in tissue stiffness are commonly associated with fibrosis, cancer and cardiovascular disease1-11. Traditional cell biological approaches to studying cellular function involve culturing cells on a rigid substratum (plastic dishes or glass coverslips) which cannot account for the effect of an elastic ECM or the variations in ECM stiffness between tissues. To model in vivo tissue compliance conditions in vitro, we and others use ECM-coated hydrogels. In our laboratory, the hydrogels are based on polyacrylamide which can mimic the range of tissue compliances seen biologically12. "Reactive" cover slips are generated by incubation with NaOH followed by addition of 3-APTMS. Glutaraldehyde is used to cross-link the 3-APTMS and the polyacrylamide gel. A solution of acrylamide (AC), bis-acrylamide (Bis-AC) and ammonium persulfate is used for the polymerization of the hydrogel. N-hydroxysuccinimide (NHS) is incorporated into the AC solution to crosslink ECM protein to the hydrogel. Following polymerization of the hydrogel, the gel surface is coated with an ECM protein of choice such as fibronectin, vitronectin, collagen, etc.
The stiffness of a hydrogel can be determined by rheology or atomic force microscopy (AFM) and adjusted by varying the percentage of AC and/or bis-AC in the solution12. In this manner, substratum stiffness can be matched to the stiffness of biological tissues which can also be quantified using rheology or AFM. Cells can then be seeded on these hydrogels and cultured based upon the experimental conditions required. Imaging of the cells and their recovery for molecular analysis is straightforward. For this article, we define soft substrata as those having elastic moduli (E) &lt;3000 Pascal and stiff substrata/tissues as those with E &gt;20,000 Pascal.

The effect of substrata stiffness on cellular function can be modeled in vitro using polyacrylamide hydrogels of varying compliances.

Matrix Rijitlik Akrilamid tabanlı Hidrojeller kullanarak Hücresel Fonksiyon Üzerindeki Etkilerinin incelenmesi

Tissue stiffness is an important determinant of cellular function, and changes in tissue stiffness are commonly associated with fibrosis, cancer and ...

Biyoloji

An Optimized O9-1/Hydrogel System for Studying Mechanical Signals in Neural Crest Cells

Neural crest cells (NCCs) are vertebrate embryonic multipotent cells that can migrate and differentiate into a wide array of cell types that give rise to various organs and tissues. Tissue stiffness produces mechanical force, a physical cue that plays a critical role in NCC differentiation; however, the mechanism remains unclear. The method described here provides detailed information for the optimized generation of polyacrylamide hydrogels of varying stiffness, the accurate measurement of such stiffness, and the evaluation of the impact of mechanical signals in O9-1 cells, a NCC line that mimics in vivo NCCs.
Hydrogel stiffness was measured using atomic force microscopy (AFM) and indicated different stiffness levels accordingly. O9-1 NCCs cultured on hydrogels of varying stiffness showed different cell morphology and gene expression of stress fibers, which indicated varying biological effects caused by mechanical signal changes. Moreover, this established that varying the hydrogel stiffness resulted in an efficient in vitro system to manipulate mechanical signaling by altering gel stiffness and analyzing the molecular and genetic regulation in NCCs. O9-1 NCCs can differentiate into a wide range of cell types under the influence of the corresponding differentiation media, and it is convenient to manipulate chemical signals in vitro. Therefore, this in vitro system is a powerful tool to study the role of mechanical signaling in NCCs and its interaction with chemical signals, which will help researchers better understand the molecular and genetic mechanisms of neural crest development and diseases.

Detailed step-by-step protocols are described here for studying mechanical signals in vitro using multipotent O9-1 neural crest cells and polyacrylamide hydrogels of varying stiffness.

Nöral Kret Hücrelerindeki Mekanik Sinyalleri İncelemek İçin Optimize Edilmiş Bir O9-1/Hydrogel Sistemi

Neural crest cells (NCCs) are vertebrate embryonic multipotent cells that can migrate and differentiate into a wide array of cell types that give rise to ...

Gelişim Biyolojisi

Stiffness Measurement of Soft Silicone Substrates for Mechanobiology Studies Using a Widefield Fluorescence Microscope

Soft tissues in the human body typically have stiffness in the kilopascal (kPa) range. Accordingly, silicone and hydrogel flexible substrates have been proven to be useful substrates for culturing cells in a physical microenvironment that partially mimics in vivo conditions. Here, we present a simple protocol for characterizing the Young's moduli of isotropic linear elastic substrates typically used for mechanobiology studies. The protocol consists of preparing a soft silicone substrate on a Petri dish or stiff silicone, coating the top surface of the silicone substrate with fluorescent beads, using a millimeter-scale sphere to indent the top surface (by gravity), imaging the fluorescent beads on the indented silicone surface using a fluorescence microscope, and analyzing the resultant images to calculate the Young's modulus of the silicone substrate. Coupling the substrate's top surface with a moduli extracellular matrix protein (in addition to the fluorescent beads) allows the silicone substrate to be readily used for cell plating and subsequent studies using traction force microscopy experiments. The use of stiff silicone, instead of a Petri dish, as the base of the soft silicone, enables the use of mechanobiology studies involving external stretch. A specific advantage of this protocol is that a widefield fluorescence microscope, which is commonly available in many labs, is the major equipment necessary for this procedure. We demonstrate this protocol by measuring the Young's modulus of soft silicone substrates of different elastic moduli.

Substrates with stiffness in the kilopascal-range are useful to study the response of cells to physiologically relevant micro-environment stiffness. Using just a widefield fluorescence microscope, the Young's modulus of soft silicone gels can be determined using an indentation with a suitable sphere.

Yumuşak silikon yüzeylerde sertlik ölçüm Widefield floresan mikroskop kullanarak Mechanobiology çalışmaları için

Soft tissues in the human body typically have stiffness in the kilopascal (kPa) range. Accordingly, silicone and hydrogel flexible substrates have been ...

A Multi-well Format Polyacrylamide-based Assay for Studying the Effect of Extracellular Matrix Stiffness on the Bacterial Infection of Adherent Cells

Extracellular matrix stiffness comprises one of the multiple environmental mechanical stimuli that are well known to influence cellular behavior, function, and fate in general. Although increasingly more adherent cell types&#39; responses to matrix stiffness have been characterized, how adherent cells&#39; susceptibility to bacterial infection depends on matrix stiffness is largely unknown, as is the effect of bacterial infection on the biomechanics of host cells. We hypothesize that the susceptibility of host endothelial cells to a bacterial infection depends on the stiffness of the matrix on which these cells reside, and that the infection of the host cells with bacteria will change their biomechanics. To test these two hypotheses, endothelial cells were used as model hosts and Listeria monocytogenes as a model pathogen. By developing a novel multi-well format assay, we show that the effect of matrix stiffness on infection of endothelial cells by L. monocytogenes can be quantitatively assessed through flow cytometry and immunostaining followed by microscopy. In addition, using traction force microscopy, the effect of L. monocytogenes infection on host endothelial cell biomechanics can be studied. The proposed method allows for the analysis of the effect of tissue-relevant mechanics on bacterial infection of adherent cells, which is a critical step towards understanding the biomechanical interactions between cells, their extracellular matrix, and pathogenic bacteria. This method is also applicable to a wide variety of other types of studies on cell biomechanics and response to substrate stiffness where it is important to be able to perform many replicates in parallel in each experiment.

We have developed a multi-well format polyacrylamide-based assay for probing the effect of extracellular matrix stiffness on bacterial infection of adherent cells. This assay is compatible with flow cytometry, immunostaining, and traction force microscopy, allowing for quantitative measurements of the biomechanical interactions between cells, their extracellular matrix, and pathogenic bacteria.

Hücre dışı matriks sertlik etkisi yapışık hücreleri bakteriyel enfeksiyon türleri çalışmak için çok iyi Format Polyacrylamide tabanlı tahlil

Extracellular matrix stiffness comprises one of the multiple environmental mechanical stimuli that are well known to influence cellular behavior, ...

İmmünoloji ve Enfeksiyon

Single Cell Durotaxis Assay for Assessing Mechanical Control of Cellular Movement and Related Signaling Events

Durotaxis is the process by which cells sense and respond to gradients of tension. In order to study this process in vitro, the stiffness of the substrate underlying a cell must be manipulated. While hydrogels with graded stiffness and long-term migration assays have proven useful in durotaxis studies, immediate, acute responses to local changes in substrate tension allow focused study of individual cell movements and subcellular signaling events. To repeatably test the ability of cells to sense and respond to the underlying substrate stiffness, a modified method for application of acute gradients of increased tension to individual cells cultured on deformable hydrogels is used which allows for real time manipulation of the strength and direction of stiffness gradients imparted upon cells in question. Additionally, by fine tuning the details and parameters of the assay, such as the shape and dimensions of the micropipette or the relative position, placement, and direction of the applied gradient, the assay can be optimized for the study of any mechanically sensitive cell type and system. These parameters can be altered to reliably change the applied stimulus and expand the functionality and versatility of the assay. This method allows examination of both long term durotactic movement as well as more immediate changes in cellular signaling and morphological dynamics in response to changing stiffness.

Mechanical forces are important for controlling cell migration. This protocol demonstrates the use of elastic hydrogels that can be deformed using a glass micropipette and a micromanipulator to stimulate cells with a local stiffness gradient to elicit changes in cell structure and migration.

Hücresel Hareketin Mekanik Kontrolünün Ve İlgili Sinyal Olaylarının Değerlendirilmesi için Tek Hücreli Durotaksis Tsay

Durotaxis is the process by which cells sense and respond to gradients of tension. In order to study this process in vitro, the stiffness of the substrate ...

Quantitative Time-Lapse Microscopy for Assessing Extracellular Matrix Stiffness-Dependent Bacterial Dissemination

Source: Bastounis, E. E. et al., <a href="https://app.jove.com/v/57361">A Multi-well Format Polyacrylamide-based Assay for Studying the Effect of Extracellular Matrix Stiffness on the Bacterial Infection of Adherent Cells.</a> J. Vis. Exp.&#160;(2018)
This video showcases quantitative time-lapse microscopy for evaluating extracellular matrix stiffness-dependent Listeria monocytogenes dissemination through endothelial cells. A softer hydrogel facilitates faster bacterial dissemination through endothelial cells compared to stiffer counterparts, highlighting the influence of matrix stiffness on bacterial dissemination.

Hücre Dışı Matriks Sertliğine Bağlı Bakteri Yayılımını Değerlendirmek için Kantitatif Hızlandırılmış Mikroskopi

1. Manufacturing Thin Two-layered Polyacrylamide (PA) Hydrogels on Multi-Well Plates

	Dissolve ammonium persulfate (APS) in distilled ultrapure water to ...