Name: lens-free video microscopy for the dynamic and quantitative analysis of adherent cell culture
Uploaded: 2018-02-23T14:00:00
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Die Autoren haben nichts zu erkennen.

(1) die Überwachung Erwerb Zellkultur
<ol><li>HeLa-Zellen in DMEM + Glutamin (z.B.GlutaMAX) wachsen Medium mit 10 % (V/V) Hitze-inaktivierten fetalen Kalb Serum und 1 % Penicillin und Streptomycin ergänzt.</li>
	<li>6-Well unten Kultur Glasplatten mit Fibronektin (25 µg/mL) für 1 h zu beschichten. Dann Samen Sie 2 x 104 Zellen pro Bohrloch.</li>
	<li>Schon beim Erwerb ändern Sie des Mediums alle 3 Tage.</li>
	<li>Verwenden Sie für den Zeitraffer Erwerb der Objektiv-freie Videomikroskop (im Han...

<ol>
	<li>Zangle, T. A., Teitell, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Live-cell+mass+profiling:+an+emerging+approach+in+quantitative+biophysics.">Live-cell mass profiling: an emerging approach in quantitative biophysics.</a> Nat Methods. 11 (12), 1221-1228 (2014).</li><li>Popescu, G., Park, K., Mir, M., Bashir, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+technologies+for+measuring+single+cell+mass.">New technologies for measuring single cell mass.</a> Lab Chip. 14 (4), 646-652 (2014).</li><li>Reed, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid,+massively+parallel+single-cell+drug+response+measurements+via+live+cell+interferometry.">Rapid, massively parallel single-cell drug response measurements via live cell interferometry.</a> Biophys J. 101 (5), 1025-1031 (2011).</li><li>Mir, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+measurement+of+cycle-dependent+cell+growth.">Optical measurement of cycle-dependent cell growth.</a> Proc Natl Acad Sci. USA. 108 (32), 13124-13129 (2011).</li><li>Girshovitz, P., Shaked, N. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generalized+cell+morphological+parameters+based+on+interferometric+phase+microscopy+and+their+application+to+cell+life+cycle+characterization.">Generalized cell morphological parameters based on interferometric phase microscopy and their application to cell life cycle characterization.</a> Biomed Opt Express. 3 (8), 1757-1773 (2012).</li><li>Kemper, B., Bauwens, A., Vollmer, A., Ketelhut, S., Langehanenberg, P. <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+quantitative+cell+division+monitoring+of+endothelial+cells+by+digital+holographic+microscopy.">Label-free quantitative cell division monitoring of endothelial cells by digital holographic microscopy.</a> J Biomed Opt. 15 (3), (2010).</li><li>Mir, M., Bergamaschi, A., Katzenellenbogen, B. S., Popescu, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+sensitive+quantitative+imaging+for+monitoring+single+cancer+cell+growth+kinetics+and+drug+response.">Highly sensitive quantitative imaging for monitoring single cancer cell growth kinetics and drug response.</a> PLoS One. 9 (2), 1-8 (2014).</li><li>Bon, P., Savatier, J., Merlin, M., Wattellier, B., Monneret, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+detection+and+measurement+of+living+cell+morphometric+features+with+single-shot+quantitative+phase+microscopy.">Optical detection and measurement of living cell morphometric features with single-shot quantitative phase microscopy.</a> J Biomed Opt. 17 (7), (2012).</li><li>Aknoun, 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=Living+cell+dry+mass+measurement+usinq+quantitative+phase+imaging+with+quadriwave+lateral+shearing+interferometry:+an+accuracy+and+sensitivity+discussion.">Living cell dry mass measurement usinq quantitative phase imaging with quadriwave lateral shearing interferometry: an accuracy and sensitivity discussion.</a> J Biomed Opt. 20 (1), 1-4 (2015).</li><li>Cotte, 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=Marker-free+phase+nanoscopy.">Marker-free phase nanoscopy.</a> Nature Photonics. 7 (2), 113-117 (2013).</li><li>Choi, W., 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=Tomographic+phase+microscopy.">Tomographic phase microscopy.</a> Nat Methods. 4 (9), 717-719 (2007).</li><li>Kesavan, S. V., 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=High-throughput+monitoring+of+major+cell+functions+by+means+of+lensfree+video+microscopy.">High-throughput monitoring of major cell functions by means of lensfree video microscopy.</a> Sci Rep. 4, 1-11 (2014).</li><li>Zheng, G., Lee, S. A., Antebi, Y., Elowitz, M. B., Yang, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ePetri+dish,+an+on-chip+cell+imaging+platform+based+on+subpixel+perspective+sweeping+microscopy+(SPSM).">The ePetri dish, an on-chip cell imaging platform based on subpixel perspective sweeping microscopy (SPSM).</a> Proc Natl Acad Sci USA. 108 (41), 16889-16894 (2011).</li><li>Pushkarsky, I., 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=Automated+single-cell+motility+analysis+on+a+chip+using+lensfree+microscopy.">Automated single-cell motility analysis on a chip using lensfree microscopy.</a> Sci Rep. 4, 4717 (2014).</li><li>Allier, 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=Imaging+of+dense+cell+cultures+by+multiwavelength+lens-free+video+microscopy.">Imaging of dense cell cultures by multiwavelength lens-free video microscopy.</a> Cytom Part A. 91 (5), 1-10 (2017).</li><li>Su, T. -. W., Seo, S., Erlinger, A., Ozcan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+lensfree+imaging+and+characterization+of+a+heterogeneous+cell+solution+on+a+chip.">High-throughput lensfree imaging and characterization of a heterogeneous cell solution on a chip.</a> Biotechnol Bioeng. 102 (3), 856-868 (2009).</li><li>Delacroix, 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=Cerebrospinal+fluid+lens-free+microscopy:+a+new+tool+for+the+laboratory+diagnosis+of+meningitis.">Cerebrospinal fluid lens-free microscopy: a new tool for the laboratory diagnosis of meningitis.</a> Sci Rep. 7, 39893 (2017).</li><li>Tinevez, J. -. 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=TrackMate:+an+open+and+extensible+platform+for+single-particle+tracking.">TrackMate: an open and extensible platform for single-particle tracking.</a> Methods. 115, 80-90 (2016).</li><li>Popescu, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+imaging+of+cell+mass+and+growth+dynamics.">Optical imaging of cell mass and growth dynamics.</a> Am J Physiol Physiol. 295 (2), 538-544 (2008).</li><li>Liu, P. 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=Cell+refractive+index+for+cell+biology+and+disease+diagnosis:+past,+present+and+future.">Cell refractive index for cell biology and disease diagnosis: past, present and future.</a> Lab Chip. 16, 634-644 (2016).</li><li>Rapoport, D. H., Becker, T., Mamlouk, A. M., Schicktanz, S., Kruse, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+validation+algorithm+allows+for+automated+cell+tracking+and+the+extraction+of+biologically+meaningful+parameters.">A novel validation algorithm allows for automated cell tracking and the extraction of biologically meaningful parameters.</a> PLoS One. 6 (11), e27315 (2011).</li><li>Al-Kofahi, O., 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=Automated+cell+lineage+construction:+A+rapid+method+to+analyze+clonal+development+established+with+murine+neural+progenitor+cells.">Automated cell lineage construction: A rapid method to analyze clonal development established with murine neural progenitor cells.</a> Cell Cycle. 5 (3), 327-335 (2006).</li><li>Meijering, E., Dzyubachyk, O., Smal, I., van Cappellen, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracking+in+cell+and+developmental+biology.">Tracking in cell and developmental biology.</a> Semin Cell Dev Biol. 20 (8), 894-902 (2009).</li><li>Posakony, J. W., England, J. M., Attardi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+growth+and+division+during+the+cell+cycle+in+HeLa+cells.">Mitochondrial growth and division during the cell cycle in HeLa cells.</a> J Cell Biol. 74 (2), 468-491 (1977).</li><li>Zocchi, E., 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=Expression+of+CD38+Increases+Intracellular+Calcium+Concentration+and+Reduces+Doubling+Time+in+HeLa+and+3T3+Cells.">Expression of CD38 Increases Intracellular Calcium Concentration and Reduces Doubling Time in HeLa and 3T3 Cells.</a> J Biol Chem. 273 (14), 8017-8024 (1979).</li><li>Reitzer, L. J., Wice, B. M., Kennell, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+that+glutamine,+not+sugar,+is+the+major+energy+source+for+cultured+HeLa+cells.">Evidence that glutamine, not sugar, is the major energy source for cultured HeLa cells.</a> J Biol Chem. 254 (8), 2669-2676 (1979).</li><li>Benedetti, A. D. E., Joshi-barve, S., Rinker-Schaeffer, C., Rhoads, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expression+of+Antisense+RNA+against+Initiation+Factor+eIF-4E+mRNA+in+HeLa+Cells+Results+in+Lengthened+Cell+Division+Times,+Diminished+Translation+Rates,+and+Reduced+Levels+of+Both+eIF-4E+and+the+p220+Component+of+eIF-4F.">Expression of Antisense RNA against Initiation Factor eIF-4E mRNA in HeLa Cells Results in Lengthened Cell Division Times, Diminished Translation Rates, and Reduced Levels of Both eIF-4E and the p220 Component of eIF-4F.</a> Mol Cell Biol. 11 (11), 5435-5445 (1991).</li><li>Kumei, Y., Nakajima, T., Sato, A., Kamata, N., Enomoto, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduction+of+G1+phase+duration+and+enhancement+of+c-myc+gene+expression+in+HeLa+cells+at+hypergravity.">Reduction of G1 phase duration and enhancement of c-myc gene expression in HeLa cells at hypergravity.</a> J Cell Sci. 93 (2), 221-226 (1989).</li><li>Ginzberg, M. B., Kafri, R., Kirschner, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+being+the+right+(cell)+size.">On being the right (cell) size.</a> Science. 348 (6236), 1245075 (2015).</li><li>Mathieu, E., 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=Time-lapse+lens-free+imaging+of+cell+migration+in+diverse+physical+microenvironments.">Time-lapse lens-free imaging of cell migration in diverse physical microenvironments.</a> Lab Chip. 16 (17), 3304-3316 (2016).</li></ol>

In diesem Beitrag zeigen wir, dass dieses Objektiv-freie Videomikroskopie in einer Brutmaschine verwendet werden kann, um die Kinetik von Tausenden von Zellen zu erfassen. Um zu beschreiben, der Gesamtmethodik haben wir erklärt, wie eine 2,7 Tage Zeitraffer Übernahme von HeLa-Zellen in Kultur mit standard Handy-Tracking-Algorithmen analysiert werden kann. Das Ergebnis ist ein Dataset mit 2,2 x 106 Zelle Messungen und 10.584 Zelle Radwege. Die Akquisitionen wurden durchgeführt, auf eine Kultur der Hela-Zelle...

Kultivierte Säugerzellen in mehrere Zelle Zyklen Überwachung und Messung genau Zelle Größe und Zelle Trockenmasse ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Verschiedene optische markierungsfreie Techniken sind in der Lage, diese Aufgabe1,2: Phasenverschiebung Interferometrie3, digitaler holographischer Mikroskopie (DHM)4,5,6, 7, Quadriwave laterale shearing Interferometrie8,9 und quantitativen Phase Tomographie10,11. Diese Methoden führten zu viele neue Einblicke in das Verständnis des Zellzyklus von Säugerzellen. Aber sie sind selten gepaart mit Automatikzelle tracking-Algorithmen und deren Durchsatz begrenzt, bleibt bei der Messung von Zelle Masse Bahnen1 (N < 20 bzw.3,4,5 , 6). daher eine neuartige optische Methode erforderlich ist, um die Zelle Masse Trajektorien mit großen Statistiken messen (N > 1000).
In diesem Beitrag zeigen wir die Fähigkeit der Linse-freie Videomikroskopie, gleichzeitig Tausende von Zellen direkt in die Brutmaschine Bild, und dann einzelne Zelle Metriken an Tausende von einzelnen Zelle Radwege zu quantifizieren. Objektiv-freie Mikroskopie ist eine quantitative Phase bildgebende Technik, die Phase Bildaufnahme von dicht gepackten Zellen über ein sehr großes Sehfeld ermöglicht (in der Regel mehrere zehntausend mm2, hier 29,4 mm2)12,13 ,14,15. Werden mehrere Metriken auf der Ebene der einzelnen Zelle bestimmt, z.B.Handy-Bereich, Handy-Trockenmasse, Zelle Dicke, Zelle Hauptachse Länge und Zell-Seitenverhältnis12,15, aus jedem Bild. Dann können diese Funktionen durch die Anwendung eines Handy-Tracking-Algorithmus, für jede einzelne Zelle in Abhängigkeit von dem Experiment Mal14,15geplottet werden. Durch das Auftreten von Zellteilungen in der Zelle Spuren erkennen, ist es darüber hinaus möglich, weitere wichtige Informationen zu extrahieren, wie z. B. die erste Zelle trockene Masse (kurz nach der Zellteilung), die letzte Zelle Trockenmasse (kurz vor der Zellteilung) und die Zelle Dauer, d. h., die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Divisionen15-Zyklus. All diese Messungen mit sehr gute Statistiken berechnet werden können (N > 1000) da das große Sichtfeld in der Regel die Analyse von 200 bis 10.000 Zellen in eine einzelne Linse-freie Erwerb ermöglichen würde.
Um diese Methode basiert auf Objektiv-freie Videomikroskopie erklären, beschreiben wir das Protokoll zur Überwachung und zur Quantifizierung einer HeLa Zellkultur für 2,7 Tage. Die Datenanalyse ist ein vier-Stufen-Prozess basierend auf Multi-Wellenlänge holographischen Rekonstruktion, Handy-Tracking, Zelle Segmentierung und Zellteilung Algorithmen. Hier wird gezeigt, dass die räumliche Auflösung und die relativ schnelle Bildrate (ein Erwerb alle 10 Minuten) erhalten mit diesem Objektiv-freie Videomikroskopie Setup kompatibel mit standard-Handy-Tracking-Algorithmen. Die vollständige Analyse dieses Datensatzes führt die Messung der 10.584 Zelle Tracks über vollständige Zelle Zyklen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, ist Objektiv-free video-Mikroskopie ein leistungsfähiges Werkzeug automatisch Tausende von unbeschrifteten, unsynchronisiert und unveränderten Zellen pro Experiment zu überwachen; Jede Zelle, die über mehrere Zyklen der Zelle verfolgt. Unsere Messungen liefern somit den Mittelwert aus mehreren Zellen Parametern, aber noch wichtiger ist, die Inter Zelle Variabilität über eine große Population von Zellen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="675">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:231px;">Cytonote lens-free video microscope&#160;</td>
			<td style="width:208px;">Iprasense</td>
			<td style="width:156px;"></td>
			<td style="width:80px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Horus acquisition software</td>
			<td>Iprasense</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">6-well glass bottom culture plates</td>
			<td>MatTek corporation</td>
			<td>Part No: P06G-0-14-F&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">DMEM + GlutaMAX medium&#160;</td>
			<td>Gibco</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">heat-inactivated fetal calf serum&#160;</td>
			<td>Eurobio</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">penicillin and streptomycin&#160;</td>
			<td>Gibco</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Fibronectin&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Matlab, image processing toolbox&#160;</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

lens-free video microscopy for the dynamic and quantitative analysis of adherent cell culture

Hier zeigen wir, dass Objektiv-freie Video Mikroskopie ermöglicht es, gleichzeitig die Kinetik von Tausenden von Zellen direkt in die Brutmaschine zu erfassen und es ist möglich, zu überwachen und Einzelzellen entlang mehrere Zelle Zyklen zu quantifizieren. Wir beschreiben das vollständige Protokoll zur Überwachung und Quantifizierung einer HeLa Zellkultur für 2,7 Tage. Erstens Zelle Kultur Erwerb erfolgt mit einem Objektiv-freie video Mikroskop, und dann die Daten analysiert, nach einem vier-Stufen-Prozess: Multi-Wellenlänge holographischen Rekonstruktion, Handy-Tracking, Zelle Segmentierung und Zellteilung-Erkennung Algorithmen. Dadurch zeigen wir, dass es möglich ist, sammeln Sie ein Dataset mit mehr als 10.000 Zellzyklus-Tracks und mehr als 2 x 106 Zelle morphologischen Messungen.

Für die holografische Wiederaufbauprozess Lichtfeldes anhand eines skalaren Feldes pro (wo <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56580/56580eq4v3.jpg"> der komplexen Wert von A in das Flugzeug im Abstand Z von der Probe und seitliche Position <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56580/56580eq5v3.jpg"> und Wellenlänge λ). Lichtausbreitung wird durch die Huygens-Fresnel-Theorie stellt einen Verbreiter Kernel modelliert <img alt="Equation 6" src="...

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Lens-free Video Microscopy for the Dynamic and Quantitative Analysis of Adherent Cell Culture

Objektiv-freie Videomikroskopie ermöglicht es uns, Zellkulturen direkt in die Brutmaschine zu überwachen. Hier beschreiben wir die vollständige Protokoll zum erwerben und analysieren eine 2,7 Tage lang Übernahme von kultivierten HeLa-Zellen, was zu einem Dataset von 2,2 x 106 Messungen der einzelnen Zellmorphologie und 10584 Zellzyklus tracks.

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