Name: development of microfluidic devices to study the elongation capability of tip-growing plant cells in extremely small spaces
Uploaded: 2018-05-22T12:30:00
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हम ट्रांसजेनिक पौधों के साथ हमें प्रदान करने के लिए एच Tsutsui और डी Kurihara का धन्यवाद करते हैं, जिसमें क्रमशः टी. fournieriRPS5Ap:: H2B-tdTomato रेखा और ए. थालियाना UBQ10pro:: H2B-mClover रेखा शामिल हैं । यह काम परिवर्तनकारी जैव नागोया विश्वविद्यालय के अणुओं और जापान उंनत संयंत्र विज्ञान नेटवर्क के संस्थान द्वारा समर्थित किया गया था । इस कार्य के लिए वित्तीय सहायता जापान विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी एजेंसी (ERATO परियोजना अनुदान सं. से अनुदान द्वारा प्रदान की गई थी । JPMJER1004 for T.H.), नवीन क्षेत्रों पर वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए अनुदान में सहायता (नग. JP16H06465 और JP16H06464 T.H. के लिए), और विज्ञान के संवर्धन के लिए जापान सोसायटी (JSPS) अनुदान में सहायता के लिए चुनौतीपूर्ण खोजपूर्ण अनुसंधान (अनुदान सं २६६०००६१ N.Y. के लिए और अनुदान के लिए २५६५००७५ और 15K14542 के लिए Y.S.) ।

1. PDMS Microdevice के निर्माण के लिए बढ़ रही पराग ट्यूबों और काई Protonemata की जांच
नोट: हमने सिलिकॉन वेफर्स पर PDMS मोल्ड तैयार करने के लिए एक mask photolithography यंत्र का इस्तेमाल किया । प्रणाली के संचालन के संबंध में विवरण ...

<ol>
	<li>Higashiyama, T., Takeuchi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Mechanism+and+Key+Molecules+Involved+in+Pollen+Tube+Guidance.">The Mechanism and Key Molecules Involved in Pollen Tube Guidance.</a> Annu. Rev. Plant. Biol. 66, 393-413 (2015).</li><li>Vogler, H., Shamsudhin, N., Nelson, B. 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H., Aharoni, 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+imaging+of+root-bacteria+interactions+in+a+microfluidics+setup.">Live imaging of root-bacteria interactions in a microfluidics setup.</a> P Natl Acad Sci. 114 (17), 4549-4554 (2017).</li><li>Grossmann, 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=Time-lapse+Fluorescence+Imaging+of+Arabidopsis+Root+Growth+with+Rapid+Manipulation+of+The+Root+Environment+Using+the+RootChip.">Time-lapse Fluorescence Imaging of Arabidopsis Root Growth with Rapid Manipulation of The Root Environment Using the RootChip.</a> J Vis Exp. (65), (2012).</li><li>Busch, 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=A+microfluidic+device+and+computational+platform+for+high-throughput+live+imaging+of+gene+expression.">A microfluidic device and computational platform for high-throughput live imaging of gene expression.</a> Nature Methods. 9, 1101-1106 (2012).</li><li>Parashar, A., Pandey, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plant-in-chip:+Microfluidic+system+for+studying+root+growth+and+pathogenic+interactions+in+Arabidopsis.">Plant-in-chip: Microfluidic system for studying root growth and pathogenic interactions in Arabidopsis.</a> Appl. Phys. Lett. 98, 263703 (2011).</li><li>Bascom, C. S., Wu, S. -. Z., Nelson, K., Oakey, J., Bezanilla, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-Term+Growth+of+Moss.">Long-Term Growth of Moss.</a> in Microfluidic Devices Enables Subcellular Studies in Development. Plant Physiol. 172 (1), 28-37 (2016).</li><li>Higashiyama, T., Kuroiwa, H., Kawano, S., Kuroiwa, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Guidance+in+vitro+of+the+pollen+tube+to+the+naked+embryo+sac+of+Torenia+fournieri.">Guidance in vitro of the pollen tube to the naked embryo sac of Torenia fournieri.</a> Plant Cell. 10, 2019-2032 (1998).</li><li>Nishiyama, T., Hiwatashi, Y., Sakakibara, K., Kato, M., Hasebe, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tagged+mutagenesis+and+gene-trap+in+the+moss,+Physcomitrella+patens+by+shuttle+mutagenesis.">Tagged mutagenesis and gene-trap in the moss, Physcomitrella patens by shuttle mutagenesis.</a> DNA Res. 7, 9-17 (2000).</li><li>Maruyama, 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=Independent+Control+by+Each+Female+Gamete+Prevents+the+Attraction+of+Multiple+Pollen+Tubes.">Independent Control by Each Female Gamete Prevents the Attraction of Multiple Pollen Tubes.</a> Dev. Cell. 25 (3), 317-323 (2013).</li><li>Rensing, 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=The+Physcomitrella+genome+reveals+evolutionary+insights+into+the+conquest+of+land+by+plants.">The Physcomitrella genome reveals evolutionary insights into the conquest of land by plants.</a> Science. 319, 64-69 (2008).</li><li>Yanagisawa, N., Sugimoto, N., Arata, H., Higashiyama, T., Sato, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capability+of+tip-growing+plant+cells+to+penetrate+into+extremely+narrow+gaps.">Capability of tip-growing plant cells to penetrate into extremely narrow gaps.</a> Sci. Rep. 7 (1), 1403 (2017).</li><li>Dolan, L., 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=Clonal+relationships+and+cell+patterning+in+the+root+epidermis+of+Arabidopsis.">Clonal relationships and cell patterning in the root epidermis of Arabidopsis.</a> Development. 120, 2465-2474 (1994).</li><li>Denais, C. 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=Nuclear+envelope+rupture+and+repair+during+cancer+cell+migration.">Nuclear envelope rupture and repair during cancer cell migration.</a> Science. 352 (6283), 353-358 (2016).</li></ol>

प्रोटोकॉल में कई महत्वपूर्ण कदम ठीक ऊपर प्रस्तुत परिणाम प्राप्त करने के लिए पीछा किया जा करने की आवश्यकता है । सबसे पहले, PDMS परत और ग्लास नीचे पकवान सतहों दोनों संबंध पहले समय की एक पर्याप्त राशि के लिए ?...

पराग अनाज एक कलंक पर उगना के बाद, प्रत्येक अनाज एक एकल पराग ट्यूब है कि अंडा सेल के लिए शुक्राणु कोशिकाओं और डबल निषेचन के लिए बीजांड में केंद्रीय सेल वहन करती है । पराग ट्यूब शैली के माध्यम से बढ़ाव और अंततः उनके रास्ते1के साथ कई मार्गदर्शन cues संवेदन द्वारा बीजांड तक पहुंचने । बढ़ाव के दौरान, पराग ट्यूबों शारीरिक बाधाओं की एक श्रृंखला का सामना; प्रसारण ट्रैक कोशिकाओं से भरा है, और पराग ट्यूबों बीजांड के मिनट micropylar खोलने के लिए अपने लक्ष्य तक पहुंचने के लिए दर्ज करना होगा (चित्र 1a)2। इसलिए, पराग ट्यूबों शारीरिक बाधाओं घुसना करने की क्षमता है, जबकि अपने परिवेश से संपीड़न तनाव सहन करना चाहिए । रूट बाल टिप के एक अंय प्रकार के संयंत्र सेल है कि पर्यावरण में शारीरिक बाधाओं का सामना कर रहे हैं, पैक्ड मिट्टी कणों के रूप में कर रहे है (आंकड़ा 1b) ।
पराग ट्यूब के विभिन्न यांत्रिक गुणों का अध्ययन किया गया है, जिसमें कोशिका के शिखर क्षेत्र का turgor दाब और अकड़न शामिल है, जिसे प्रारंभिक plasmolysis विधि3,4 और सेलुलर बल माइक्रोस्कोपी का प्रयोग करके मापा जा सकता है CFM) 5 , 6, क्रमशः । हालांकि, इन तरीकों अकेले पता चलता है कि पराग ट्यूबों उनके विकास के रास्तों के साथ शारीरिक बाधाओं के माध्यम से बढ़ाव के लिए सक्षम हैं नहीं है । एक वैकल्पिक तकनीक है कि पराग ट्यूब बढ़ाव vivo में निगरानी की अनुमति देता है दो फोटॉन माइक्रोस्कोपी7है । हालांकि, इस विधि के साथ, यह व्यक्तिगत पराग बीजांड ऊतक के अंदर गहरी ट्यूबों में रूपात्मक परिवर्तन का निरीक्षण करने के लिए मुश्किल है । इसके अतिरिक्त, मिट्टी में जड़ बाल विकास एक्स-रे गणना टोमोग्राफी (सीटी) और चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई)8का उपयोग कर कल्पना की जा सकती है, हालांकि कम संकल्प के साथ । यहां, हम एक विधि है कि एक पारंपरिक माइक्रोस्कोप पर एक कोशिका के विरूपण प्रक्रिया के उच्च संकल्प छवियों को प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता वर्तमान ।
विधि का समग्र लक्ष्य यहां वर्णित है टिप की बढ़ाव क्षमता-पराग ट्यूबों, जड़ बाल, और काई protonemata, अत्यंत छोटे रिक्त स्थान में शामिल संयंत्र कोशिकाओं, कल्पना है । के रूप में पाली-dimethylsiloxane (PDMS) microdevices इस पांडुलिपि में प्रस्तुत ऑप्टिकली पारदर्शी और हवा पारगंय हैं, हम संस्कृति डिवाइस के अंदर रहने वाले कोशिकाओं और एक खुर्दबीन के नीचे उनके विकास के व्यवहार का निरीक्षण कर सकते हैं । यह भी मोल्ड के उपयोग के साथ नरम लिथोग्राफी तकनीक9 द्वारा माइक्रो ~ नैनोमीटर पैमाने पर रिक्त स्थान बनाने के लिए संभव है । इन सुविधाओं को हम एक शारीरिक रूप से सीमित वातावरण में टिप बढ़ती संयंत्र कोशिकाओं की बढ़ाव क्षमता का अध्ययन करने के लिए अनुमति देते हैं ।
इस काम में, हम microfluidic उपकरणों में 1 µm चौड़े अंतराल (ऊंचाई में 4 µm) का निर्माण और पराग ट्यूबों की क्षमता की जांच करने के लिए इन कृत्रिम बाधाओं कि बेलनाकार पराग ट्यूब के व्यास से बहुत छोटे है घुसना (लगभग 8 µm) । इस प्रायोगिक मंच हमें microgaps और प्रतिक्रिया है, जो सेल के विरूपण प्रक्रिया को ट्रैक की समय चूक छवियों को पकड़ने के लिए पराग ट्यूब की प्रतिक्रिया कल्पना करने के लिए सक्षम बनाता है । हम भी microdevices कि जड़ बाल और काई protonemata की पैठ क्षमता की जांच करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है विकसित की है । कई microdevices तिथि करने के लिए सूचित किया गया है कि संयंत्र जड़10,11,12,13 और काई उच्च संकल्प पर14 विकास protonemata के दृश्य सक्षम करें । हमारे डिवाइस में, रूट बाल विकास चैनलों की एक श्रृंखला सीधा एक रूट विकास कक्ष से जुड़े हैं, और व्यक्तिगत जड़ बाल (व्यास में लगभग 7 µm) एक 1 µm चौड़ी खाई के साथ द्रवित चैनलों के लिए निर्देशित कर रहे हैं । हम भी एक microgaps युक्त microdevice में काई protonemata (लगभग 20 µm व्यास में) इन शारीरिक बाधाओं को अपनी प्रतिक्रियाओं की जांच करने के लिए कल्चरल । प्रस्तावित microfluidic आधारित दृष्टिकोण हमें विभिन्न टिप की क्षमता का पता लगाने के लिए संयंत्र कोशिकाओं को अत्यंत छोटे रिक्त स्थान है, जो किसी भी अन्य वर्तमान में उपलब्ध विधि द्वारा जांच नहीं की जा सकती के माध्यम से बढ़ाव की अनुमति देता है.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="927">
	<tbody>
		<tr height="18">
			<td height="18" style="height:19px;width:216px;">PDMS</td>
			<td style="width:165px;">Dow Corning Co.</td>
			<td style="width:119px;">Sylgard184</td>
			<td style="width:427px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Murashige &#38; Skoog Medium</td>
			<td style="width:165px;">Wako Pure Chemical</td>
			<td style="width:119px;">392-00591</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">MES</td>
			<td style="width:165px;">Dojindo</td>
			<td style="width:119px;">345-01625</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sucrose</td>
			<td style="width:165px;">Wako Pure Chemical</td>
			<td style="width:119px;">196-00015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">50 mm glass-bottom dish</td>
			<td style="width:165px;">Matsunami Glass</td>
			<td style="width:119px;">D210402</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">35 mm glass-bottom dish</td>
			<td style="width:165px;">Iwaki&#160;</td>
			<td style="width:119px;">3971-035</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Surgical blade</td>
			<td style="width:165px;">Feather</td>
			<td style="width:119px;">No.11</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">biopsy punches</td>
			<td style="width:165px;">Harris</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Uni-Core</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Gel loading tips</td>
			<td style="width:165px;">Bio-Bik</td>
			<td style="width:119px;">124-R-204</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Inverted Microscope</td>
			<td style="width:165px;">Olympus</td>
			<td style="width:119px;">IX83</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:22px;width:216px;">CSU-W1</td>
			<td style="width:165px;">Yokogawa Electric</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>No Catalog number is avairable for this customized microscope</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">MetaMorph imaging software</td>
			<td style="width:165px;">Molecular Devices</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

development of microfluidic devices to study the elongation capability of tip-growing plant cells in extremely small spaces

vivo में, टिप-बढ़ती संयंत्र कोशिकाओं को शारीरिक बाधाओं की एक श्रृंखला पर काबू पाने की जरूरत है; हालांकि, शोधकर्ताओं ने इस तरह के प्रतिबंधात्मक शर्तों में सेलुलर व्यवहार कल्पना करने के लिए पद्धति की कमी है । इस समस्या को हल करने के लिए, हम एक पाली-dimethylsiloxane (PDMS) सब्सट्रेट में संकीर्ण, सूक्ष्म गढ़े अंतराल की एक श्रृंखला (~ 1 µm) होते हैं कि टिप-बढ़ते संयंत्र कोशिकाओं के लिए विकास कक्षों विकसित किया है. इस पारदर्शी सामग्री उपयोगकर्ता समय चूक इमेजिंग द्वारा microgap प्रवेश के दौरान व्यक्तिगत कोशिकाओं में टिप बढ़ाव प्रक्रियाओं पर नजर रखने के लिए अनुमति देता है । इस प्रायोगिक मंच का प्रयोग, हम पराग ट्यूबों में रूपात्मक परिवर्तन मनाया के रूप में वे microgap प्रवेश । हम इस प्रक्रिया के दौरान एक पराग ट्यूब में एक फ्लोरोसेंट लेबल वनस्पति नाभिक और शुक्राणु कोशिकाओं के आकार में गतिशील परिवर्तन पर कब्जा कर लिया । इसके अलावा, हम जड़ बाल और काई protonemata की क्षमता का प्रदर्शन करने के लिए 1 µm अंतर घुसना । इस में इन विट्रो मंच का अध्ययन कैसे व्यक्तिगत कोशिकाओं को शारीरिक रूप से विवश रिक्त स्थान का जवाब और टिप में अंतर्दृष्टि विकास तंत्र प्रदान कर सकते है इस्तेमाल किया जा सकता है ।

के रूप में चित्रा 1में सचित्र, टिप बढ़ती संयंत्र कोशिकाओं vivo मेंउनके विकास के रास्तों के साथ शारीरिक बाधाओं की एक श्रृंखला का सामना । इस अध्ययन में प्रस्तुत की microfluidic इन विट्र?...

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Development of Microfluidic Devices to Study the Elongation Capability of Tip-growing Plant Cells in Extremely Small Spaces

हम एक microfluidic डिवाइस में अत्यंत संकीर्ण अंतराल (~ 1 µm) के माध्यम से बढ़ाव करने के लिए, पराग ट्यूबों, जड़ बाल, और काई protonemata सहित टिप-बढ़ते संयंत्र कोशिकाओं की क्षमता की जांच करने के लिए एक विधि का वर्णन ।

Microfluidic उपकरणों का विकास अत्यंत छोटे रिक्त स्थान में टिप-बढ़ते संयंत्र कोशिकाओं की बढ़ाव क्षमता का अध्ययन करने के लिए

In vivo, tip-growing plant cells need to overcome a series of physical barriers; however, researchers lack the methodology to visualize cellular behavior ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Separating Beads and Cells in Multi-channel Microfluidic Devices Using Dielectrophoresis and Laminar Flow

अलग और मल्टी चैनल microfluidic उपकरणों में मोती और कक्ष dielectrophoresis और लैिमनार फ्लो का उपयोग

Microfluidic devices have advanced cell studies by providing a dynamic fluidic environment on the scale of the cell for studying, manipulating, sorting ...

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

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डिजाइन के लिए एक चक्रीय दबाव bioreactor पूर्व vivo</emमहाधमनी हार्ट वाल्व का> अध्ययन

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

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के लिए सरल microfluidic उपकरणों<em&gt; Vivo में</em&gt; इमेजिंग<em&gt; सी. एलिगेंस</em&gt;<em&gt; ड्रोसोफिला</em&gt; और Zebrafish

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