The authors have nothing to disclose.

1. Nanoyapı Fabrikasyon <ol><li> Nano fabrikasyon için alt-tabakalar olarak 170 um (No. 1.5) yaklaşık bir kalınlığa sahip 25 mm çapında bir cam lamelleri seçin. </li><li> En az 6 saat boyunca (bir sülfürik asit ve hidrojen peroksit 1 oranında 3) pirana çözeltisi içinde lamelleri bırakın. Ultra saf M 18.2 deiyonize saf su (DDW) bol miktarda piranha batırılmış lamel yıkayın. DİKKAT: Piranha asit, organik maddelerle reaksiyona girerek şiddetle ve son derece dikkatli ele alınmalıdır. </li><li> E-ışın buharlaştırma yoluyla lamelleri Mevduat 10 nm krom ince film nanoyapıların örneklenmesinden ve görüntüleme sırasında şarj etkilerini önlemek için. </li><li> Çift-katlı bir birinci tabaka 45 saniye boyunca 2000 rpm&#39;de etil laktat, metil metakrilat (MMA_EL6) kopolimerden oluşan karşı Spin ve daha sonra 150 ° C&#39;de pişirilir. Daha sonra 180 ° C&#39;de fırında 45 saniye boyunca 3000 rpm&#39;de poli-metil metakrilat (950PMMA_A2) ikinci katı dönerler. </li><li> Pıtırtın iki tabakalı 300 uc / cm 2 &#39;lik bir alan dozu ile 25 kV elektron demeti litografi (EBL) kullanarak direnmek. Izopropil alkol içinde geliştirir (IPA) / metil izobütil keton (MIBK): 01/02 ve IPA içinde durulayın. </li><li> Mevduat Ti (5 nm) bir e-ışın buharlaştırıcı kullanılarak madde üzerinde / Au (80 nm) film. </li><li> Altın birikimi ardından, kopolimer iki katmanlı 4 saat aseton substrat ıslatarak karşı kaldırın. </li><li> Nanoyapı şekil ve boyutunu onaylamak için taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile substrat inceleyin, oda sıcaklığında 60 saniye için CR-7 pürüzlendirici kullanarak ıslak etch yoluyla yüzeye kalan krom kaldırın ve sonra DDW içinde durulayın. </li><li> Dizileri arasında hücre görüntüleme için odayı terk 33 mikron merkezden merkeze dizi aralığı tasarlayın. Desen bir e-ışın yazıcı kullanarak 300 nm sahada her dizi için 20 x 20 desen nanoyapılar. Her çip 80 ± 2.5 nm yüksekliğinde tipik bir nanoyapı boyutunda 300 diziler ve 70 ± 2.5 nm Diame içeriyorter. </li><li> Boyut ve bütünlükte doğrulanması için atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanarak dizilerin bir alt kümesini kontrol edin. </li><li> UV kürleme epoksi kullanılarak lamel arkasına bir destek halkası, tipik olarak silikon takın. </li></ol> 2. Chip Temizlik ve Öz-montajlı Monolayer Uygulaması <ol><li> % 5 hidrojen, aynı koşullar altında 5 dakika boyunca temizleme odası sonra 45 saniye için% 95 bir argon 300 mTorr karışımı içinde 40 W bir güçte, temizlik ve fiş rejenere plazma kül için. </li><li> 3 aşağıdakilerden oluşan iki bileşenli bir etanolik çözelti içinde tiol çip daldırarak hemen plazma külleme sonra, altın nano işlerlik: (CH2) SH- 1 oranında 8 -örn 3-OH (DPT) ve ya bir amin ile, bir bileşen, veya karboksil fonksiyonel grup, yani, SH- (CH2) 11 -örn 3-NH2 (spn) ya da SH- (CH2) 11 -örn 3-COOH (SPC). </li><li> Chip i bırakınn tiol Çözelti O / N kendinden monte tek tabaka (SAM) oluşturulması için. </li><li> Azot gazı ile etanol ve kuru ile çip durulayın. </li><li> Gerekirse, 4 ° C &#39;de en fazla 2 hafta içinde işlevselleştirilmiş çip saklayın. </li><li> Kullanıma hazır tercih ligand bağlı olarak kimyası kullanılarak bir ligant ile SPN&#39;sini ya SPC bileşenini reaksiyona girerek (bakınız aşağıda). Not: cips yeniden ve zaman yeniden Fonksiyonlu onlarca olabilir. Belirli bir çip 6 ay bir yıl boyunca değişir dönemler için de kullanılabilir. Belirli bir dizide ölçülen spektrumları güvenilir biofunctionalization ardından plazma külleme tarafından tekrarlanan Rejenerasyonlarda, sonra yeniden üretilir. 29 </li></ol> 3. Yüzey Fonksiyonlandırma ve Kinetik Karakterizasyonu Not: ligand ve analit arasındaki kinetik hız sabitlerini karakterize ticari SPR enstrüman fonksiyonlandırılmış çip kullanın, hem de non-spesifik b SAM direncini incelemek içinINDING. Verimli yüzey işlevsellik izin akış oranları ve mikroakışkan tasarımları geniş bir yelpazesi var. Biz piyasada mevcut SPR beri biz onun tavsiye debileri etrafında standardize. Biz, bu akış hızı, tüm SPR araçlarının tipiktir ve bu nedenle sınırlayıcı değildir olduğuna dikkat edilmelidir. Tüm fonksiyonlandırmalar LSPR yonga üzerinde doğrudan yapılabilir, ancak bir mültipleksli araçtır çünkü bizim LSPR mikroakışkan kurulum değil oysa bizim iş yükünü azaltmak yoktu çünkü SPR enstrüman bir zorunluluk değildir. <ol><li> Bölüm 2&#39;de tarif edildiği gibi SAM ticari bir çıplak altın çip işlevselleştirilmesi. </li><li> 133 1-etil-3- (3-dimetilaminopropil) karbodiimid mM (EDC) ve 33 DDW içinde N-hidroksisukinimid mM (NHS) için 10: 1 karışımı SPC göre SAM kullanılıyorsa, bir 1 karboksil grubunu aktive Min. </li><li> 30 ul / dk&#39;lık bir akış oranı kullanılarak 300 sn için ilgili antikor / ligand ile aktive edilmiş karboksil grubunu eşleniği. Ligantlar hazırlayınpH 6 fosfat tamponu, tipik olarak, ancak bu molekülün bağlı olarak değişebilir. </li><li> Ligand konjüge edilmesinden sonra, 30 ul / dk&#39;lık bir hızda 300 saniye süreyle bir deaktivatör adım olarak, fosfat-tamponlu salin (PBS) içinde 0.1 M etanolamin akar. Etanolamin spesifik olmayan bağlanma minimize yardımcı olur. </li><li> Konsantrasyon aralığı kullanılarak 100 ul / dakikalık bir akış hızında ilgi analiti tanıtılması ve kinetik analiz yazılımı kullanılarak kinetik hız sabitleri hesaplar. </li><li> Spesifik olmayan bağlanma, sorunlu ise, SPC veya SPN&#39;sine DPT oranını arttırır. </li></ol> 4. LSPR Genel Ayarlar <ol><li> Mikroskop ayarları: <ol><li> Numuneyi aydınlatmak Koehler bir 100 W Halojen lamba kullanın. Rezonans kayması (Şekil 2) katkıda yok dalga boylarını ortadan kaldırmak için ışık yolu uzun bir pas filtresi (genellikle 593 nm kesme) kullanın. </li><li> LSPRi veri toplama için, 40X yağ immersio bir ters mikroskop kullanmakn hedefi (1.4 NA) ve bir thermoelectrically 16 bit CCD kamera soğutmalı. </li><li> Aynı anda Görüntülerini ve spektrumları elde etmek için mikroskop çıkış portuna bir ışın ayırıcı yerleştirin. </li><li> 37 sıcaklık kontrollü mikroskop sahne C ° ve 4 saat için dengelenmeye. </li><li> Sırasıyla% 5 ve% 95 CO 2 konsantrasyonu ve nem düzenleyen mikroskop ek kuluçka düzeneğini birleştirin. </li></ol></li><li> Chip hazırlanması ve montajı: <ol><li> SPR deneylerden belirlenen en uygun iki bileşenli SAM oranları, Bölüm 2 de tarif edildiği gibi LSPR çip işlevselleştirilmesi. </li><li> Aşağıdaki gibi bir ısmarlama mikroakışkan tutucu içinde çip yükleyin. Bir alüminyum alt parçası üzerinde çipi yerleştirin. Bu alt parçası ve silikon conta ve şeffaf plastik üst parça arasındaki çip Sandwich. Derleme kelepçe 4 vidayı kullanın. </li><li> 1 karışımı: Tipik bir SPC-tabanlı tiyol uygulaması için, bir 1 ul kat 300 damlaEDC 133 mM ve DDW NHS 33 mM Ture SPC tiyol bileşeninin karboksil grupları etkinleştirmek için. </li><li> 10 dakika bekleyin ve elle 10 mM PBS ile yüzey durulama. </li><li> Ligand çözeltisi 300 ul kaplama damla ilgi ligandı (tipik haliyle bir antikor ya da antikor fragmanı) ile aktive karboksil grubuna bağı içerir. </li><li> 30 dakika bekleyin ve elle 10 mM PBS ile durulayın. </li><li> Spesifik olmayan bağlanma en aza indirmek için bir çip üzerinde kat PBS içinde 0.1 M etanolamin 300 ul bırakın. 10 dakika boyunca bekleyin. </li><li> PBS% 0.005 Tween 20 (PBS-T20) içeren etanolamin yıkayın. </li><li> Değişen menisküs ilgili verilerin dalgalanmaları azaltmak için çip üzerinde bir kuvars parçası yerleştirin. </li><li> Mikroskop monte ederken PBS-T20 tamponu ile ıslak çip tutun. </li><li> Isıtmalı sahne numune tutucu içine sıkıca LSPR yonga takımını yerleştirin ve mikroakışkan tüp takın. </li><li> Montaj ve akış met Mikroakiskan boru takınffer (veya hücre çalışmaları için serum özgür medya) kararlı bir duruma gelene kadar ulaşılır. </li><li> Montaj ve mikroskop, en az 2 saat boyunca dengelenmeye bırakın. </li><li> Merkez dizi spektroskopisi için fiber optik ile aynı hizada olacak şekilde joystick&#39;i kullanarak çip hizalayın. Spektroskopik veri bir spektrometre ve spektral analiz yazılımı kullanılarak alınır. </li><li> Yazılım otofokus, Zeiss Kesin Odaklama veya eşdeğer otofokus aygıtı kullanarak deney boyunca odak dizileri tutun. </li></ol></li></ol> 9E10 hibridoma hücrelerinden anti-c-myc Salgıları 5. LSPR Görüntüleme Not: Bu çalışma için kullanılan hibridoma hücre çizgisi, bir kimyasal tetikleyici gerektirmeyen yapısal olarak ve bu nedenle anti-c-myc antikoru eksprese <ol><li> C-myc peptidi ile nano işlerlik. Bu klon 9E10 hibridoma hücreleri tarafından salgılanan bir anti-c-myc antikorları için 1.77 nM&#39;lik bir KD değerine sahiptir. </li><li> Kültür tamamlandıktan hibridoma hücreleri% 5 CO2 altında 37 ° C &#39;de T75 şişesi içinde% 10 fetal sığır serumu (FBS) ve% 1 antibiyotik e büyüme ortamı. / Ml 4 x 10 5 hücre bir hücre yoğunluğuna koruyun. </li><li> Hücre salgılama çalışmaları için, santrifüj ile T75 şişesi pelet hücreleri, salgılanan antikorların çıkarın ve 4 x 10 6 hücre / ml hücre yoğunluğunu ayarlamak için RPMI-1640 serumsuz vasat (SFM) ile iki kez yıkanır. </li><li> LSPR cips onları tanıtan önce canlılığı hücreleri ve testi Hasat. </li><li> Elle mikropipet ile LSPR cips üzerine hücre solüsyonu 50 ul tanıtın. Birkaç dakika sonra 25 ila 50 hücre LSPR fiş yüzeyine yapışır. </li><li> Mikroakışkan perfüzyon sistemi kullanılarak taze SFM ile çözelti içinde kalan hücrelerin silsin. </li><li> 10 mikron içinde yakın görüntüleme için LSPR diziler, seçin, ancak hücreleri ile örtüşmeyen. </li><li> Sinyal salgılanan bir anti-c-myc antib özgü sağlamakOdies ve mevcut antikorlar olmayan ve antikorlar ile, ancak çözelti içinde, c-myc peptid ile doyurucu bir konsantrasyonu varlığı ile bloke bağlanma siteleri ile hücre kültür ortamı getirmektedir. </li><li> Anti-c-myc antikorları (250 nM) ile doyurucu bir çözeltisi, her çalışma sonunda sensörler kalibre edin. Bu her çalışma biofunctionalization profiline göre fraksiyonel doluluk sensörleri yanıtını normale yardımcı olur ve belirler. </li><li> Görüntü hizalama yazılımı kullanarak X ve Y yönünde sürüklenme düzeltin. </li></ol>

<ol>
	<li>Ludwig, A. -. K., Giebel, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exosomes:+Small+vesicles+participating+in+intercellular+communication.">Exosomes: Small vesicles participating in intercellular communication.</a> The International Journal of Biochemistry &amp; Cell Biology. 44, 11-15 (2012).</li><li>Friedl, P., Gilmour, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Collective+cell+migration+in+morphogenesis,+regeneration+and+cancer.">Collective cell migration in morphogenesis, regeneration and cancer.</a> Nature Reviews Molecular Cell Biology. 10, 445-457 (2009).</li><li>Letterio, J. J., Roberts, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+immune+responses+by+TGF-beta.">Regulation of immune responses by TGF-beta.</a> Annual Review of Immunology. 16, 137-161 (1998).</li><li>Werner, S., Grose, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+wound+healing+by+growth+factors+and+cytokines.">Regulation of wound healing by growth factors and cytokines.</a> Physiological Reviews. 83, 835-870 (2003).</li><li>Werner, S., Krieg, T., Smola, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Keratinocyte-fibroblast+interactions+in+wound+healing.">Keratinocyte-fibroblast interactions in wound healing.</a> Journal of Investigative Dermatology. 127, 998-1008 (2007).</li><li>Bailey, R. C., Kwong, G. A., Radu, C. G., Witte, O. N., Heath, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA-encoded+antibody+libraries:+A+unified+platform+for+multiplexed+cell+sorting+and+detection+of+genes+and+proteins.">DNA-encoded antibody libraries: A unified platform for multiplexed cell sorting and detection of genes and proteins.</a> Journal of the American Chemical Society. 129, 1959-1967 (2007).</li><li>Gazagne, A., 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=A+Fluorospot+assay+to+detect+single+T+lymphocytes+simultaneously+producing+multiple+cytokines.">A Fluorospot assay to detect single T lymphocytes simultaneously producing multiple cytokines.</a> Journal of Immunological Methods. 283, 91-98 (2003).</li><li>Han, Q., 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=Polyfunctional+responses+by+human+T+cells+result+from+sequential+release+of+cytokines.">Polyfunctional responses by human T cells result from sequential release of cytokines.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109, 1607-1612 (2012).</li><li>Han, Q., Bradshaw, E. M., Nilsson, B., Hafler, D. A., Love, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multidimensional+analysis+of+the+frequencies+and+rates+of+cytokine+secretion+from+single+cells+by+quantitative+microengraving.">Multidimensional analysis of the frequencies and rates of cytokine secretion from single cells by quantitative microengraving.</a> Lab on a Chip. 10, 1391-1400 (2010).</li><li>Ma, C., 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=A+clinical+microchip+for+evaluation+of+single+immune+cells+reveals+high+functional+heterogeneity+in+phenotypically+similar+T+cells.">A clinical microchip for evaluation of single immune cells reveals high functional heterogeneity in phenotypically similar T cells.</a> Nature Medicine. 17, 738-743 (2011).</li><li>Shirasaki, Y., 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=Real-time+single-cell+imaging+of+protein+secretion.">Real-time single-cell imaging of protein secretion.</a> Scientific Reports. 4, (2014).</li><li>Milgram, 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=On+chip+real+time+monitoring+of+B-cells+hybridoma+secretion+of+immunoglobulin.">On chip real time monitoring of B-cells hybridoma secretion of immunoglobulin.</a> Biosensors and Bioelectronics. 26, 2728-2732 (2011).</li><li>Abbas, A., Linman, M. J., Cheng, Q. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+trends+in+instrumental+design+for+surface+plasmon+resonance-based+biosensors.">New trends in instrumental design for surface plasmon resonance-based biosensors.</a> Biosensors &amp; Bioelectronics. 26, 1815-1824 (2011).</li><li>Ermakova, A., 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=Detection+of+a+Few+Metallo-Protein+Molecules+Using+Color+Centers+in+Nanodiamonds.">Detection of a Few Metallo-Protein Molecules Using Color Centers in Nanodiamonds.</a> Nano Letters. 13, 3305-3309 (2013).</li><li>Haes, A. J., Van Duyne, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+nanoscale+optical+blosensor:+Sensitivity+and+selectivity+of+an+approach+based+on+the+localized+surface+plasmon+resonance+spectroscopy+of+triangular+silver+nanoparticles.">A nanoscale optical blosensor: Sensitivity and selectivity of an approach based on the localized surface plasmon resonance spectroscopy of triangular silver nanoparticles.</a> Journal of the American Chemical Society. 124, 10596-10604 (2002).</li><li>Horowitz, V. R., Aleman, B. J., Christle, D. J., Cleland, A. N., Awschalom, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+spin+resonance+of+nitrogen-vacancy+centers+in+optically+trapped+nanodiamonds.">Electron spin resonance of nitrogen-vacancy centers in optically trapped nanodiamonds.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109, 13493-13497 (2012).</li><li>Sepulveda, B., Angelome, P. C., Lechuga, L. M., Liz-Marzan, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=LSPR-based+nanobiosensors.">LSPR-based nanobiosensors.</a> Nano Today. 4, 244-251 (2009).</li><li>Barbillon, 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=Biological+and+chemical+gold+nanosensors+based+on+localized+surface+plasmon+resonance.">Biological and chemical gold nanosensors based on localized surface plasmon resonance.</a> Gold Bulletin. 40, 240-244 (2007).</li><li>Endo, T., 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=Multiple+label-free+detection+of+antigen-antibody+reaction+using+localized+surface+plasmon+resonance-based+core-shell+structured+nanoparticle+layer+nanochip.">Multiple label-free detection of antigen-antibody reaction using localized surface plasmon resonance-based core-shell structured nanoparticle layer nanochip.</a> Analytical Chemistry. 78, 6465-6475 (2006).</li><li>Endo, T., Kerman, K., Nagatani, N., Takamura, Y., Tamiya, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+detection+of+peptide+nucleic+acid-DNA+hybridization+using+localized+surface+plasmon+resonance+based+optical+biosensor.">Label-free detection of peptide nucleic acid-DNA hybridization using localized surface plasmon resonance based optical biosensor.</a> Analytical Chemistry. 77, 6976-6984 (2005).</li><li>Haes, A. J., Hall, W. P., Chang, L., Klein, W. L., Van Duyne, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+localized+surface+plasmon+resonance+biosensor:+First+steps+toward+an+assay+for+Alzheimer's+disease.">A localized surface plasmon resonance biosensor: First steps toward an assay for Alzheimer's disease.</a> Nano Letters. 4, 1029-1034 (2004).</li><li>Jonsson, M. P., Jonsson, P., Dahlin, A. B., Hook, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supported+lipid+bilayer+formation+and+lipid-membrane-mediated+biorecognition+reactions+studied+with+a+new+nanoplasmonic+sensor+template.">Supported lipid bilayer formation and lipid-membrane-mediated biorecognition reactions studied with a new nanoplasmonic sensor template.</a> Nano Letters. 7, 3462-3468 (2007).</li><li>Park, J. 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=A+regeneratable,+label-free,+localized+surface+plasmon+resonance+(LSPR)+aptasensor+for+the+detection+of+ochratoxin+A..">A regeneratable, label-free, localized surface plasmon resonance (LSPR) aptasensor for the detection of ochratoxin A..</a> Biosensors &amp; Bioelectronics. 59, 321-327 (2014).</li><li>Mayer, K. M., Hao, F., Lee, S., Nordlander, P., Hafner, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+single+molecule+immunoassay+by+localized+surface+plasmon+resonance.">A single molecule immunoassay by localized surface plasmon resonance.</a> Nanotechnology. 21, (2010).</li><li>Endo, T., Yamamura, S., Kerman, K., Tamiya, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+cell-based+assay+using+localized+surface+plasmon+resonance+biosensor.">Label-free cell-based assay using localized surface plasmon resonance biosensor.</a> Analytica Chimica Acta. 614, 182-189 (2008).</li><li>Huang, Y. X., Cai, D., Chen, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-+and+Nanotechnologies+for+Study+of+Cell+Secretion.">Micro- and Nanotechnologies for Study of Cell Secretion.</a> Analytical Chemistry. 83, 4393-4406 (2011).</li><li>Oh, B. R., 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=Integrated+Nanoplasmonic+Sensing+for+Cellular+Functional+Immunoanalysis+Using+Human+Blood.">Integrated Nanoplasmonic Sensing for Cellular Functional Immunoanalysis Using Human Blood.</a> ACS Nano. 8, 2667-2676 (2014).</li><li>Raphael, M. P., Christodoulides, J. A., Delehanty, J. B., Long, J. P., Byers, 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=Quantitative+Imaging+of+Protein+Secretions+from+Single+Cells+in+Real+Time.">Quantitative Imaging of Protein Secretions from Single Cells in Real Time.</a> Biophysical Journal. 105, 602-608 (2013).</li><li>Raphael, M. P., 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=A+New+Methodology+for+Quantitative+LSPR+Biosensing+and+Imaging.">A New Methodology for Quantitative LSPR Biosensing and Imaging.</a> Analytical Chemistry. 84, 1367-1373 (2011).</li><li>Raphael, M. P., 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=Quantitative+LSPR+imaging+for+biosensing+with+single+nanostructure+resolution.">Quantitative LSPR imaging for biosensing with single nanostructure resolution.</a> Biophysical Journal. 104, 30-36 (2013).</li><li>Raphael, M. P., 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=A+new+methodology+for+quantitative+LSPR+biosensing+and+imaging.">A new methodology for quantitative LSPR biosensing and imaging.</a> Analytical Chemistry. 84, 1367-1373 (2012).</li><li>Henn, A. D., 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=Modulation+of+single-cell+IgG+secretion+frequency+and+rates+in+human+memory+B+cells+by+CpG+DNA,+CD40L,+IL-21,+and+cell+division.">Modulation of single-cell IgG secretion frequency and rates in human memory B cells by CpG DNA, CD40L, IL-21, and cell division.</a> Journal of Immunology. 183, 3177-3187 (2009).</li><li>Bramswig, K. 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=Soluble+Carcinoembryonic+Antigen+Activates+Endothelial+Cells+and+Tumor+Angiogenesis.">Soluble Carcinoembryonic Antigen Activates Endothelial Cells and Tumor Angiogenesis.</a> Cancer Research. 73, 6584-6596 (2013).</li></ol>

We thank George Anderson for helpful comments and discussions. This work was supported by the Naval Research Laboratory&#8217;s Institute for Nanoscience and the National Research Council Research Associateship Award.

The LSPR imaging technique described in this work has numerous advantages over more traditional methodologies for detecting cell secretions. First, the time resolution of our technique is on the order of seconds whereas the commercial alternative, an immunosandwhich assay known as EliSpot, has a typical time resolution of 2 to 3 days.7,32 As a result we were able to resolve sudden changes in the rate of protein secretion, such as that shown in Figure 6. Second, having arrays distributed over the chip allows for the secreted signal to be tracked in space and time which enables more rigorous comparisons to diffusion-based models of cell secretion. In addition, arrays like the control array shown in Figure 6 can be used to subtract out global changes in the image that typically arise from instrumental factors such as focus drift. Third, our technique requires no modification of the cells. If desired, the experiment can incorporate commonly used tags such as fluorescent proteins, but if there is concern that such tags may negatively affect cell viability or homeostasis the label-free nature of our approach does not require them. Fourth, using the spectroscopic data we have demonstrated that quantitative information regarding the fractional occupancy of surface bound ligands can be calculated.
There are numerous alternative methods to EBL for fabricating metallic nanoparticles. However, we have found that the EBL provides considerable flexibility for optimizing nanostructure and array dimensions to best suit the optics and the cells under investigation. Also critical is the fact that the chips can be readily regenerated by plasma ashing. In this way, a typical chip can be used dozens of times. Biofunctionalization details must be modified for the specific application. The protocol presented here conjugated the surface with relatively small c-myc peptide ligands. Larger ligands such as whole antibodies typically require more spacing and thus a higher SPO to SPN/SPC ratio. Regardless, a well formed SAM layer is essential for preventing non-specific binding in live-cell experiments. In general, larger molecular weight analytes are more readily detected by LSPR. Thus, in its single-cell manifestation, this technique may not be appropriate for detecting the secretion of small proteins, such as cytokines. 
The current setup has been used for studying individual non-adherent cells. There are significant number of secreted signaling proteins and vesicles to which the results reported in this work are directly applicable. For example carcinoembryonic antigen (CEA) which for decades now has been a diagnostic marker for cancer. Colon cancer cells are known to secrete CEA at the rates of thousands of molecules/cell/hr and the molecular weight is 180 kDa which exceeds that of IgG antibodies. CEA is believed to be involved in autocrine and paracrine signaling pathways but the spatio-temporal nature of these secretions have never been measured. Our technique can directly address these signaling questions. An extension of this work will be to measure the spatio-temporal nature of CEA secretion from single cells.33 Future work will also focus on integrating LSPRi with two and three dimensional cell cultures of adherent cells. By incorporating multiplexed arrays capable of detecting a number of secreted proteins in parallel, this technique has the potential to open a new window into cell secretions and how they influence neighboring cells.

Inter-hücresel iletişim içinde ve hücre dışında hem birçok fizyolojik faaliyetlerin düzenlenmesi için çok önemlidir. Proteinlerin ve veziküller çeşitli daha sonra, farklılaşma, yara iyileşmesi, bağışıklık tepkisi, göç ve proliferasyon gibi kompleks hücresel süreçleri tetikler salgılanabilir. Hücre içi sinyal yollarının 1-5 arızaları kanseri, ateroskleroz da dahil olmak üzere pek çok bozukluklarda implike edilmiştir ve diyabet, birkaç isim. Optimum hücre salgılama tahlili mekansal ve zamansal olarak ilgili sinyalizasyon yolları bozmadan ilgi salgılanan proteini eşleme kapasitesine sahip olmalıdır. Bu şekilde, konsantrasyon profilinin ve alıcı hücrelerin tepki arasındaki nedensel ilişki anlaşılabilir. Ne yazık ki, en yaygın olarak kullanılan floresan bazlı tekniklerin birçoğu bu kriterlere uymayan. Floresan füzyon proteinleri w analiti etiketlemek için kullanılabilirhücreyi ithin ancak salgı yolu bozabilir veya salgılanan eğer, ölçmek zordur hücrenin dışında yaygın kızdırma sonuçları. Floresan immunosandwich bazlı deneyler, hücresel salgıları tespit etmek için en sık kullanılan teknikler, ancak, tipik olarak, tek tek hücrelerin izolasyonunu gerektirir. Buna ek olarak, algılama antikoru verme tipik olarak durur veya deney ve antikor etiket büyüklüğü sona 6-11, 150 kDa IgG, aşağı sinyalizasyon bir engeldir. Bu bariyerlerin bir etiket içermeyen bir teknik, görüntü proteini salgıları ve mevcut etiket içermeyen teknolojiler arasından kullanılan plazmon rezonans (SPR) yüzey lokalize yüzey plasmon rezonans (LSPR) sensörler iyi adaylardır tercih edilir çünkü. 12-17 Bu sensörleri yaygın proteinler, eksozom ve diğer biyo-analit bağlama çalışmaları için kullanılmıştır. 18-24 LSPR, plasmonik nanostr halindeuctures cam kapak slipleri lithographically desenli ve standart geniş alan mikroskopisi konfigürasyonlar yoluyla da görülebilir ışık kullanılarak heyecan edilebilir. Nedeniyle nano ayak izi, cam taban çoğunluğu 25-28. Böyle canlı hücre mikroskopi ile entegrasyon için uygun parlak alan ve iyi bu sondalar yapma floresan mikroskobu gibi yaygın görüntüleme teknikleri kullanılabilir Biz gerçek zamanlı ölçüm göstermiştir sırasıyla 225 msn ve 10 um, mekansal ve zamansal çözünürlükte Fonksiyonlu altın plasmonik nano kullanarak hibridoma hücrelerinden antikor sekresyonların. Temel çip konfigürasyonu Şekil 1 &#39;de gösterilmiştir. 28 mikroskop çıkışı, ışık yolu görüntü için kullanılan bir CCD kamera ve nano belirli bir dizinin fraksiyonel doluluk (Şekil 2 nicel olarak belirlenmesi için bir fiber-optik açıdan bağlanmış spektrometre arasında bölünür ). ProtocAynı anda standart aydınlık alan mikroskobu kullanarak hücrelerin tepkisini izlerken bu yazıda sunulan ol tek hücre salgılarının gerçek zamanlı ölçümü için deneysel tasarım açıklanır. Multidisipliner yaklaşım hücre çizgilerinin nano üretim, analitlerin yüksek afıniteli bağlanma için nano-fonksiyonalizasyonu, hem de non-spesifik bağlanma en aza indirilmesi ve ticari bir Yüzey Plazmon Rezonansı kullanarak hız sabitleri karakterize (SPR) enstrüman için bir yüzey optimizasyonu, entegrasyonu içerir substrat ve görüntü ve spektral verilerin analizi üzerine. Biz cep salgıları ve alıcı hücrelerle onların nedensel ilişkilerin uzay-zamansal haritalama için elverişli teknoloji olmak için bu tekniği tahmin ediyoruz.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>25mm diameter glass coverslips</td>
			<td>Bioscience Tools&#160;</td>
			<td>CSHP-No1.5-25</td>
			<td>&#160; 170&#177;5 &#181;m is optimal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly-methyl methacrylate</td>
			<td>Microchem</td>
			<td>PMMA 950 A4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl lactate methyl metacrylate</td>
			<td>Microchem</td>
			<td>MMA EL6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electron beam evaporator</td>
			<td>Temescal</td>
			<td>FC-2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electron beam lithography</td>
			<td>Raith</td>
			<td>Series 150</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>459836</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>320110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CR-7 chromium etchant</td>
			<td>Cyantek</td>
			<td>CR-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning electron microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Ultra 55</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atomic force microscope</td>
			<td>Veeco</td>
			<td>Nanoscope III</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma ashing system</td>
			<td>Technics</td>
			<td>Series 85 RIE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SH-(CH2)8-EG3-OH (SPO)&#160;</td>
			<td>Prochimia</td>
			<td>TH 001-m8.n3-0.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SH-(CH2)11-EG3-COOH (SPC)</td>
			<td>Prochimia</td>
			<td>TH 003m11n3-0.1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SH-(CH2)11-EG3-NH2 (SPN)</td>
			<td>Prochimia</td>
			<td>TH 002-m11.n3-0.2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surface plasmon resonance system</td>
			<td>Biorad</td>
			<td>XPR36</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bare gold chip</td>
			<td>Biorad</td>
			<td>GLC chip</td>
			<td>Plasma ashed to remove the monolayer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide</td>
			<td>Thermo</td>
			<td>22980</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-hydroxysuccinimide (NHS)</td>
			<td>Thermo</td>
			<td>24510</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pentylamine-Biotin&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;</td>
			<td>Thermo</td>
			<td>21345</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanolamine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>E9508</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neutraavidin</td>
			<td>Thermo</td>
			<td>31000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered saline</td>
			<td>Thermo</td>
			<td>28374</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween 20</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P2287</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Axio Observer</td>
			<td>Microscope is equipped with 40X oil immersion objective; CO2 and humidity incubation from Pecon GmbH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CCD camera</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>Orca R2</td>
			<td>Thermoelectrically cooled (16 bit)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrometer</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>QE65Pro</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrasuite</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>version1.4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>c-myc peptide HyNic Tag</td>
			<td>Solulink</td>
			<td>SP-E003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>monoclonal anti-c-myc antibody</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M4439</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hybridoma cell line</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>CRL-1729</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antibiotic Antimycotic Solution (100&#215;)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A5955</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Serum free media RPMI 1640&#160;</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>&#160;11835-030&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>30-2020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhodamine DHPE</td>
			<td>Life Technologies</td>
			<td>L-1392</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a label-free technique for the spatio-temporal imaging of single cell secretions

Inter-cellular communication is an integral part of a complex system that helps in maintaining basic cellular activities. As a result, the malfunctioning of such signaling can lead to many disorders. To understand cell-to-cell signaling, it is essential to study the spatial and temporal nature of the secreted molecules from the cell without disturbing the local environment. Various assays have been developed to study protein secretion, however, these methods are typically based on fluorescent probes which disrupt the relevant signaling pathways. To overcome this limitation, a label-free technique is required.
In this paper, we describe the fabrication and application of a label-free localized surface plasmon resonance imaging (LSPRi) technology capable of detecting protein secretions from a single cell. The plasmonic nanostructures are lithographically patterned onto a standard glass coverslip and can be excited using visible light on commercially available light microscopes. Only a small fraction of the coverslip is covered by the nanostructures and hence this technique is well suited for combining common techniques such as fluorescence and bright-field imaging.
A multidisciplinary approach is used in this protocol which incorporates sensor nanofabrication and subsequent biofunctionalization, binding kinetics characterization of ligand and analyte, the integration of the chip and live cells, and the analysis of the measured signal. As a whole, this technology enables a general label-free approach towards mapping cellular secretions and correlating them with the responses of nearby cells.

Tipik bir canlı hücre salgı çalışmasında yer alan veri toplama birden modları vardır. 3 kare diziler vurgular bir LSPRi görüntü bir bindirme göstermektedir, ve alt sol tarafındaki hücreyi vurgular iletilen ışık aydınlatılmış görüntü. Veriler, tipik olarak aşağıda tarif edilen normalleştirme hesaplanması için analit ile doyurucu bir çözüm getirilmesi ve ardından 3 saatlik bir süre boyunca toplanır. Floresan görüntüleri de bir filtre küp otomatik geçiş yoluyla veri toplama rutin entegre edilebilir. Şekil 4 floresan membran boya rodamin DHPE ile boyanmış bir hücre içinde lamellipodia benzeri uzantıları (oklar) sergiler. Böyle uzantıları dizileri ile üst üste olsaydı onlar protein salgılaması için yanlış pozitif verecekti. Görüntülerinin birden fazla modları olması gibi olaylar belirlemenize yardımcı olabilir. Şekil 5 spektrometresi önce verileri ve kıç gösterirer satüre solüsyonunun koyulmasını ticari olarak c-myc fonksiyonalize diziler anti-c-myc antikorları satın alınan (400 nM). Resim hücreleri bu deneyde yer aldı. Spektrum kırmızı shift ve yoğunluğunda bir artış, hem görüntüler. İki eğri altındaki alanlar arasındaki fark CCD kamerada LSPRi modunda dizi görüntü yoğunluğunda bir artışa neden olur. Bir doğrusal olmayan en küçük kareler analizi yaklaşımı spektrumdan yüzeye bağlı ligandların fraksiyonel doluluk sonucuna geliştirilmiştir. 30,31 Deneyin sonunda, doymuş yoğunluk değerlerinin (fraksiyonel doluluk ≈ 1 örneğin) aşağıdaki formülü kullanarak her bir dizi için normalleştirilmiş bir yanıt hesaplamak için kullanılmıştır: Zaman noktası t zaman noktasında t normalize şiddeti, deney, nihai doymuş yoğunluğu başında ilk şiddeti ve dizinin ölçülen yoğunluğu nerede </em&gt;, sırasıyla. Iki dizi ile ilgili normalize değerleri Şekil 6&#39;da gösterilmiştir. Bir dizi, bir kontrol olarak kullanılmıştır, diğer ise araştırılmaktadır hücrenin 10 um içinde olduğu hücreden 130 um&#39;lik bir mesafe vardı. Kontrol dizisi düz yanıt hücre nisbetle en yakın dizinin normalize cevap ani artış, salgılanan antikorların lokalize bir patlamasının bir göstergesidir. <img alt="figür 1" src="/files/ftp_upload/53120/53120fig1.jpg" /> 1. Sensör Tasarımı Şekil. Tipik bir canlı hücre salgılanması deneyi geometrisini tasvir. Hücre (mavi sfero) bir çizim biofunctionalized altın nano dizileri içerir LSPR çip üzerine yatırılır. Yüzeye bağlanan Y-şekilli moleküller olarak gösterilen bu durumda antikorlar yakınlaştırılmış görünümü, ilgi hücre salgılanması olarak ölçülürfonksiyonlandırılmış nanoyapıların. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53120/53120fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/53120/53120fig2.jpg" /> Şekil 2. Optik Kur. Bir halojen lambadan gelen ışık aydınlatılmış ilk uzun geçiş filtresi (LP) tarafından filtre edilir. Işık doğrusal (P1) polarize ve 40X / 1.4 NA objektif yoluyla numune aydınlatır edilir. Dağınık ışık bir çapraz polarize (P2) yoluyla objektif ile toplanır ve geçirilir. A 50/50 ışın ayırıcı (BS) eşzamanlı spektroskopik ve görüntülerinin analizi için toplanan ışık yoluna sokulur. Sağ Üst:. 300 nm sahada ayrılmış 9 ayrı nanoyapıların bir atomik kuvvet mikroskopisi görüntü <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53120/53120fig2large.jpg" target="_blank">tıklayınız</a>Bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için. <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53120/53120fig3.jpg" /> Şekil 3. Canlı Hücre LSPRi Çalışması. A 12 diziler çevrili tek bir hibridoma hücre (sol alt) gösteren iletilen ışık ve LSPRi görüntü birleşti. Bu kontrastlı görüntü. Ölçek çubuğu 10 mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53120/53120fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/53120/53120fig4.jpg" /> Şekil 4. Canlı Hücre Floresan Çalışması. Bir zar boya olan rhodamine DHPE, lekeli bir tek hibridoma hücresinin bir floresan sahte renkli görüntü. Diziler genellikle görünmeyen floresan görüntüleme modunda ise, yakındaki bir dizi ab burada gözlemlenebilirsağ alt köşedeki kare yoksundur. Hücre hücreleri (oklar) dışarı doğru uzanan dokunacı benzeri uzantıları (muhtemelen filopodia ya lamellipodia), ancak bir dizi ayrılmış olması görülebilir. Ölçek çubuğu 10 mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53120/53120fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/53120/53120fig5.jpg" /> Şekil 5. Spektral Şekli. Öncesinde ve anti-c-myc antikor 400 nM çözeltisinin giriş sonra c-myc işlevselleştirilmiş diziden elde edilen spektrumlar. Hiçbir hücreleri bu çalışmada hazır bulundu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53120/53120fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 6," src= &quot;/ files / ftp_upload / 53120 / 53120fig6.jpg&quot; /&gt; Şekil 6. Tek Hücre salgılanması. 15, tek bir hücrenin um ve 130 mikron uzaklıkta bulunan bir (Kontrol) içinde bulunan bir dizi tepki. Ölçek çubuğu 10 mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53120/53120fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about A Label-free Technique for the Spatio-temporal Imaging of Single Cell Secretions at JoVE.com

A Label-free Technique for the Spatio-temporal Imaging of Single Cell Secretions

Arası hücresel iletişim içinde ve hücre dışında çeşitli fizyolojik aktiviteleri kontrol edilmesi için çok önemlidir. Bu kağıt tek hücre salgılarının uzay-zamansal yapısını ölçmek için bir protokol tanımlamaktadır. Bunu başarmak için, bir multidisipliner bir yaklaşım canlı hücre görüntüleme ile algılama etiket içermeyen nanoplasmonic entegre olan kullanılır.

Tek Hücre Salgıları uzay-zamansal Görüntüleme için bir etiket içermeyen Tekniği

Inter-cellular communication is an integral part of a complex system that helps in maintaining basic cellular activities. As a result, the malfunctioning ...

a-label-free-technique-for-spatio-temporal-imaging-single-cell

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.4K Görüntüleme.  Naval Research Laboratory.  Arası hücresel iletişim içinde ve hücre dışında çeşitli fizyolojik aktiviteleri kontrol edilmesi için çok önemlidir. Bu kağıt tek hücre salgılarının uzay-zamansal yapısını ölçmek için bir protokol tanımlamaktadır. Bunu başarmak için, bir multidisipliner bir yaklaşım canlı hücre görüntüleme ile algılama etiket içermeyen nanoplasmonic entegre olan kullanılır. 

Video: A Label-free Technique for the Spatio-temporal Imaging of Single Cell Secretions

Spatio-Temporal Manipulation of Small GTPase Activity at Subcellular Level and on Timescale of Seconds in Living Cells

Dynamic regulation of the Rho family of small guanosine triphosphatases (GTPases) with great spatiotemporal precision is essential for various cellular functions and events1, 2. Their spatiotemporally dynamic nature has been revealed by visualization of their activity and localization in real time3. In order to gain deeper understanding of their roles in diverse cellular functions at the molecular level, the next step should be perturbation of protein activities at a precise subcellular location and timing. 
To achieve this goal, we have developed a method for light-induced, spatio-temporally controlled activation of small GTPases by combining two techniques: (1) rapamycin-induced FKBP-FRB heterodimerization and (2) a photo-caging method of rapamycin. With the use of rapamycin-mediated FKBP-FRB heterodimerization, we have developed a method for rapidly inducible activation or inactivation of small GTPases including Rac4, Cdc424, RhoA4 and Ras5, in which rapamycin induces translocation of FKBP-fused GTPases, or their activators, to the plasma membrane where FRB is anchored. For coupling with this heterodimerization system, we have also developed a photo-caging system of rapamycin analogs. A photo-caged compound is a small molecule whose activity is suppressed with a photocleavable protecting group known as a caging group. To suppress heterodimerization activity completely, we designed a caged rapamycin that is tethered to a macromolecule such that the resulting large complex cannot cross the plasma membrane, leading to virtually no background activity as a chemical dimerizer inside cells6. Figure 1 illustrates a scheme of our system. With the combination of these two systems, we locally recruited a Rac activator to the plasma membrane on a timescale of seconds and achieved light-induced Rac activation at the subcellular level6.

A method for spatio-temporal control of small GTPase activity by light is described. This method is based on rapamycin-induced FKBP-FRB heterodimerization and photo-caging systems. Optimization of light-irradiation enables the spatio-temporally controlled activation of small GTPases at the subcellular level.

Yaşayan hücreler içinde Subselüler Düzeyinde ve Seconds Zaman ölçeği üzerinde Küçük GTPaz Faaliyet uzay-zamansal Manipülasyon

Dynamic regulation of the Rho family of small guanosine triphosphatases (GTPases) with great spatiotemporal precision is essential for various cellular ...

Biyomühendislik

Non-contact, Label-free Monitoring of Cells and Extracellular Matrix using Raman Spectroscopy

Non-destructive, non-contact and label-free technologies to monitor cell and tissue cultures are needed in the field of biomedical research.1-5 However, currently available routine methods require processing steps and alter sample integrity. Raman spectroscopy is a fast method that enables the measurement of biological samples without the need for further processing steps. This laser-based technology detects the inelastic scattering of monochromatic light.6 As every chemical vibration is assigned to a specific Raman band (wavenumber in cm-1), each biological sample features a typical spectral pattern due to their inherent biochemical composition.7-9 Within Raman spectra, the peak intensities correlate with the amount of the present molecular bonds.1 Similarities and differences of the spectral data sets can be detected by employing a multivariate analysis (e.g. principal component analysis (PCA)).10
Here, we perform Raman spectroscopy of living cells and native tissues. Cells are either seeded on glass bottom dishes or kept in suspension under normal cell culture conditions (37 &deg;C, 5% CO2) before measurement. Native tissues are dissected and stored in phosphate buffered saline (PBS) at 4 &deg;C prior measurements. Depending on our experimental set up, we then either focused on the cell nucleus or extracellular matrix (ECM) proteins such as elastin and collagen. For all studies, a minimum of 30 cells or 30 random points of interest within the ECM are measured. Data processing steps included background subtraction and normalization.

Raman spectroscopy is a suitable technique for the non-contact, label-free analysis of living cells, tissue-engineered constructs and native tissues. Source-specific spectral fingerprints can be generated and analyzed using multivariate analysis.

Raman Spektroskopisi kullanarak Hücreler ve Ekstrasellüler Matriks Temassız, Etiket ücretsiz izleme

Non-destructive, non-contact and label-free technologies to monitor cell and tissue cultures are needed in the field of biomedical research.1-5 However, ...

Use of Label-free Optical Biosensors to Detect Modulation of Potassium Channels by G-protein Coupled Receptors

Ion channels control the electrical properties of neurons and other excitable cell types by selectively allowing ions to flow through the plasma membrane1. To regulate neuronal excitability, the biophysical properties of ion channels are modified by signaling proteins and molecules, which often bind to the channels themselves to form a heteromeric channel complex2,3. Traditional assays examining the interaction between channels and regulatory proteins require exogenous labels that can potentially alter the protein&#39;s behavior and decrease the physiological relevance of the target, while providing little information on the time course of interactions in living cells. Optical biosensors, such as the X-BODY Biosciences BIND Scanner system, use a novel label-free technology, resonance wavelength grating (RWG) optical biosensors, to detect changes in resonant reflected light near the biosensor. This assay allows the detection of the relative change in mass within the bottom portion of living cells adherent to the biosensor surface resulting from ligand induced changes in cell adhesion and spreading, toxicity, proliferation, and changes in protein-protein interactions near the plasma membrane. RWG optical biosensors have been used to detect changes in mass near the plasma membrane of cells following activation of G protein-coupled receptors (GPCRs), receptor tyrosine kinases, and other cell surface receptors. Ligand-induced changes in ion channel-protein interactions can also be studied using this assay. In this paper, we will describe the experimental procedure used to detect the modulation of Slack-B sodium-activated potassium (KNa) channels by GPCRs.

Optical biosensor techniques can detect changes in mass near the plasma membrane in living cells and allow one to follow cellular responses in both individual cells and populations of cells. This protocol will describe detection of the modulation of potassium channels by G-protein coupled receptors in intact cells using this approach.

G-protein bağlı reseptörler ile Potasyum kanallarının modülasyonunu Algılama Label içermeyen optik Biyosensör kullanımı

Ion channels control the electrical properties of neurons and other excitable cell types by selectively allowing ions to flow through the plasma ...

A Microfluidic Technique to Probe Cell Deformability

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an efficient manner. Typically, data for ~102 cells can be acquired within a 1 hr experiment. An automated image analysis program enables efficient post-experiment analysis of image data, enabling processing to be complete within a few hours. Our device geometry is unique in that cells must deform through a series of micron-scale constrictions, thereby enabling the initial deformation and time-dependent relaxation of individual cells to be assayed. The applicability of this method to human promyelocytic leukemia (HL-60) cells is demonstrated. Driving cells to deform through micron-scale constrictions using pressure-driven flow, we observe that human promyelocytic (HL-60) cells momentarily occlude the first constriction for a median time of 9.3 msec before passaging more quickly through the subsequent constrictions with a median transit time of 4.0 msec per constriction. By contrast, all-trans retinoic acid-treated (neutrophil-type) HL-60 cells occlude the first constriction for only 4.3 msec before passaging through the subsequent constrictions with a median transit time of 3.3 msec. This method can provide insight into the viscoelastic nature of cells, and ultimately reveal the molecular origins of this behavior.

We demonstrate a microfluidics-based assay to measure the timescale for cells to transit through a sequence of micron-scale constrictions.

Mikroakışkan Tekniği Hücre deformabilitesi Probe

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an ...

A Microfluidic-based Electrochemical Biochip for Label-free DNA Hybridization Analysis

Miniaturization of analytical benchtop procedures into the micro-scale provides significant advantages in regards to reaction time, cost, and integration of pre-processing steps. Utilizing these devices towards the analysis of DNA hybridization events is important because it offers a technology for real time assessment of biomarkers at the point-of-care for various diseases. However, when the device footprint decreases the dominance of various physical phenomena increases. These phenomena influence the fabrication precision and operation reliability of the device. Therefore, there is a great need to accurately fabricate and operate these devices in a reproducible manner in order to improve the overall performance. Here, we describe the protocols and the methods used for the fabrication and the operation of a microfluidic-based electrochemical biochip for accurate analysis of DNA hybridization events. The biochip is composed of two parts: a microfluidic chip with three parallel micro-channels made of polydimethylsiloxane (PDMS), and a 3 x 3 arrayed electrochemical micro-chip. The DNA hybridization events are detected using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis. The EIS analysis enables monitoring variations of the properties of the electrochemical system that are dominant at these length scales. With the ability to monitor changes of both charge transfer and diffusional resistance with the biosensor, we demonstrate the selectivity to complementary ssDNA targets, a calculated detection limit of 3.8 nM, and a 13% cross-reactivity with other non-complementary ssDNA following 20 min&#160;of incubation. This methodology can improve the performance of miniaturized devices by elucidating on the behavior of diffusion at the micro-scale regime and by enabling the study of DNA hybridization events.

We present a microfluidic-based electrochemical biochip for DNA hybridization detection. Following ssDNA probe functionalization, the specificity, sensitivity, and detection limit are studied with complementary and non-complementary ssDNA targets. Results illustrate the influence of the DNA hybridization events on the electrochemical system, with a detection limit of 3.8 nM.

Etiket-serbest DNA Hibridizasyon Analiz için mikroakışkan tabanlı Elektrokimyasal Biochip

Miniaturization of analytical benchtop procedures into the micro-scale provides significant advantages in regards to reaction time, cost, and integration ...

Label-free Single Molecule Detection Using Microtoroid Optical Resonators

Detecting small concentrations of molecules down to the single molecule limit has impact on areas such as early detection of disease, and fundamental studies on the behavior of molecules. Single molecule detection techniques commonly utilize labels such as fluorescent tags or quantum dots, however, labels are not always available, increase cost and complexity, and can perturb the events being studied. Optical resonators have emerged as a promising means to detect single molecules without the use of labels. Currently the smallest particle detected by a non-plasmonically-enhanced bare optical resonator system in solution is a 25 nm polystyrene sphere1. We have developed a technique known as Frequency Locking Optical Whispering Evanescent Resonator (FLOWER) that can surpass this limit and achieve label-free single molecule detection in aqueous solution2. As signal strength scales with particle volume, our work represents a &#62; 100x improvement in the signal to noise ratio (SNR) over the current state of the art. Here the procedures behind FLOWER are presented in an effort to increase its usage in the field.

We have developed a label-free biosensing system based on optical resonator technology known as Frequency Locking Optical Whispering Evanescent Resonator (FLOWER) that is capable of detecting single molecules in solution. Here the procedures behind this work are described and presented.

Microtoroid Optik Rezonatörler Kullanarak Etiket serbest Tek Molekül Algılama

Detecting small concentrations of molecules down to the single molecule limit has impact on areas such as early detection of disease, and fundamental ...

Selective Cell Elimination from Mixed 3D Culture Using a Near Infrared Photoimmunotherapy Technique

Recent developments in tissue engineering offer innovative solutions for many diseases. For example, tissue engineering using induced pluripotent stem cell (iPS) emerged as a new method in regenerative medicine. Although this tissue regeneration is promising, contamination with unwanted cells during tissue cultures is a major concern. Moreover, there is a safety concern regarding tumorigenicity after transplantation. Therefore, there is an urgent need for eliminating specific cells without damaging other cells that need to be protected, especially in established tissue. Here, we present a method for specific cell elimination from a mixed 3D cell culture in vitro with near infrared photoimmunotherapy (NIR-PIT) without damaging non-targeted cells. This technique enables the elimination of specific cells from mixed cell cultures or tissues.

Eliminating specific cells without damaging other cells is extremely difficult, especially in established tissue, yet there is an urgent need for a cell elimination method in the tissue engineering field. Here, we present a method for specific cell elimination from a mixed 3D cell culture using near infrared photoimmunotherapy (NIR-PIT).

Bir Yakın Kızılötesi Photoimmunotherapy Tekniği Karışık 3D Kültür seçici hücre Eliminasyon

Recent developments in tissue engineering offer innovative solutions for many diseases. For example, tissue engineering using induced pluripotent stem ...

PIP-on-a-chip: A Label-free Study of Protein-phosphoinositide Interactions

Numerous cellular proteins interact with membrane surfaces to affect essential cellular processes. These interactions can be directed towards a specific lipid component within a membrane, as in the case of phosphoinositides (PIPs), to ensure specific subcellular localization and/or activation. PIPs and cellular PIP-binding domains have been studied extensively to better understand their role in cellular physiology. We applied a pH modulation assay on supported lipid bilayers (SLBs) as a tool to study protein-PIP interactions. In these studies, pH sensitive ortho-Sulforhodamine B conjugated phosphatidylethanolamine is used to detect protein-PIP interactions. Upon binding of a protein to a PIP-containing membrane surface, the interfacial potential is modulated (i.e. change in local pH), shifting the protonation state of the probe. A case study of the successful usage of the pH modulation assay is presented by using phospholipase C delta1 Pleckstrin Homology (PLC-&#948;1 PH) domain and phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PI(4,5)P2) interaction as an example. The apparent dissociation constant (Kd,app) for this interaction was 0.39 &#177; 0.05 &#181;M, similar to Kd,app values obtained by others. As previously observed, the PLC-&#948;1 PH domain is PI(4,5)P2 specific, shows weaker binding towards phosphatidylinositol 4-phosphate, and no binding to pure phosphatidylcholine SLBs. The PIP-on-a-chip assay is advantageous over traditional PIP-binding assays, including but not limited to low sample volume and no ligand/receptor labeling requirements, the ability to test high- and low-affinity membrane interactions with both small and large molecules, and improved signal to noise ratio. Accordingly, the usage of the PIP-on-a-chip approach will facilitate the elucidation of mechanisms of a wide range of membrane interactions. Furthermore, this method could potentially be used in identifying therapeutics that modulate protein&#39;s capacity to interact with membranes.

Here we present a supported lipid bilayer in the context of a microfluidic platform to study protein-phosphoinositide interactions using a label-free method based on pH modulation.

PIP-on-a-chip: Protein-fosfoinositid Etkileşimlerinin Etiketsiz Bir Çalışması

Numerous cellular proteins interact with membrane surfaces to affect essential cellular processes. These interactions can be directed towards a specific ...

A Guide to Build a Highly Inclined Swept Tile Microscope for Extended Field-of-view Single-molecule Imaging

Single-molecule imaging has greatly advanced our understanding of molecular mechanisms in biological studies. However, it has been challenging to obtain large field-of-view, high-contrast images in thick cells and tissues. Here, we introduce highly inclined swept tile (HIST) microscopy that overcomes this problem. A pair of cylindrical lenses was implemented to generate an elongated excitation beam that was scanned over a large imaging area via a fast galvo mirror. A 4f configuration was used to position optical components. A scientific complementary metal-oxide semiconductor camera detected the fluorescence signal and blocked the out-of-focus background with a dynamic confocal slit synchronized with the beam sweeping. We present a step-by-step instruction on building the HIST microscope with all basic components.

A detailed instruction is described on how to build a highly inclined swept tile (HIST) microscope and its usage for single-molecule imaging.

Son derece eğimli oluşturmak için bir kılavuz döşeme mikroskop genişletilmiş görünümü alan tek molekül görüntüleme için süpürüldü.

Single-molecule imaging has greatly advanced our understanding of molecular mechanisms in biological studies. However, it has been challenging to obtain ...

Implementation of Interference Reflection Microscopy for Label-free, High-speed Imaging of Microtubules

There are several methods for visualizing purified biomolecules near surfaces. Total-internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy is a commonly used method, but has the drawback that it requires fluorescent labeling, which can interfere with the activity of the molecules. Also, photobleaching and photodamage are concerns. In the case of microtubules, we have found that images of similar quality to TIRF can be obtained using interference reflection microscopy (IRM). This suggests that IRM might be a general technique for visualizing the dynamics of large biomolecules and oligomers in vitro. In this paper, we show how a fluorescence microscope can be modified simply to obtain IRM images. IRM is easier and considerably cheaper to implement than other contrast techniques such as differential interference contrast microcopy or interferometric scattering microscopy. It is also less susceptible to surface defects and solution impurities than darkfield microscopy. Using IRM, together with the image analysis software described in this paper, the field of view and the frame rate is limited only by the camera; with a sCMOS camera and&#160;wide-field&#160;illumination&#160;microtubule length can be measured with precision up to 20 nm with a bandwidth of 10 Hz.&#160;

This protocol is a guide for implementing interference reflection microscopy on a standard fluorescence microscope for label-free, high-contrast, high-speed imaging of microtubules using in vitro surfaces assays.

Microtubules etiketi içermeyen, yüksek hızlı görüntüleme için girişim Reflection Microkopi uygulanması

There are several methods for visualizing purified biomolecules near surfaces. Total-internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy is a commonly used ...