Name: optimized scratch assay for in vitro testing of cell migration with an automated optical camera
Uploaded: 2018-08-08T13:00:00
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Consiglio danese per la ricerca indipendente, tecnologia e produzione, concedere #4005-00029

La messa a punto sperimentale non ha alcuna restrizione etici e giuridici ed è stata condotta in accordo con l'Università di Roskilde. Una panoramica della disposizione sperimentale può essere visto in Figura 1 e i meccanismi della telecamera ottica nella Figura 2.
1. preparazione
<ol><li>Eseguire tutti i passaggi in un banco di flusso laminare sterile pulendo la panchina e tutte le attrezzature con etanolo al 70% prima dell'iniz...

<ol>
	<li>Frykberg, R. G., Banks, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Challenges+in+the+Treatment+of+Chronic+Wounds.">Challenges in the Treatment of Chronic Wounds.</a> Advances in wound care. 4 (9), 560-582 (2015).</li><li>da Silva, L., Carvalho, E., Cruz, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+neuropeptides+in+skin+inflammation+and+its+involvement+in+diabetic+wound+healing.">Role of neuropeptides in skin inflammation and its involvement in diabetic wound healing.</a> Expert opinion on biological therapy. 10 (10), 1427-1439 (2010).</li><li>Vyas, K. S., Wong, L. K. <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+Biofilm+in+Wounds+as+an+Early+Indicator+for+Risk+for+Tissue+Infection+and+Wound+Chronicity.">Detection of Biofilm in Wounds as an Early Indicator for Risk for Tissue Infection and Wound Chronicity.</a> Annals of Plastic Surgery. 76 (1), 127-131 (2016).</li><li>Paul, C. 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L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+scratch+assay:+a+convenient+and+inexpensive+method+for+analysis+of+cell+migration+in+vitro.">In vitro scratch assay: a convenient and inexpensive method for analysis of cell migration in vitro.</a> Nature Protocols. 2 (2), 329-333 (2007).</li><li>R&#228;s&#228;nen, K., Vaheri, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=TGF-beta1+causes+epithelial-mesenchymal+transition+in+HaCaT+derivatives,+but+induces+expression+of+COX-2+and+migration+only+in+benign,+not+in+malignant+keratinocytes.">TGF-beta1 causes epithelial-mesenchymal transition in HaCaT derivatives, but induces expression of COX-2 and migration only in benign, not in malignant keratinocytes.</a> Journal of Dermatological Science. 58 (2), 97-104 (2010).</li><li>Tochio, T., Tanaka, H., Nakata, S., Hosoya, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fructose-1,6-bisphosphate+aldolase+A+is+involved+in+HaCaT+cell+migration+by+inducing+lamellipodia+formation.">Fructose-1,6-bisphosphate aldolase A is involved in HaCaT cell migration by inducing lamellipodia formation.</a> Journal of Dermatological Science. 58 (2), 123-129 (2010).</li><li>Tomasz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitomycin+C:+small,+fast+and+deadly+(but+very+selective).">Mitomycin C: small, fast and deadly (but very selective).</a> Chemistry and Biology. 2 (9), 575-579 (1995).</li><li>Stamm, A., Reimers, K., Strau&#223;, S., Vogt, P., Scheper, T., Pepelanova, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+wound+healing+assays+-+state+of+the+art.">In vitro wound healing assays - state of the art.</a> BioNanoMaterials. 17 (1-2), 79-87 (2016).</li><li>Justus, C. 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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+review+of+the+influence+of+growth+factors+and+cytokines+in+in+vitro+human+keratinocyte+migration.">A review of the influence of growth factors and cytokines in in vitro human keratinocyte migration.</a> Cytokine. 62 (1), 1-21 (2013).</li><li>Ilina, O., Friedl, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+collective+cell+migration+at+a+glance.">Mechanisms of collective cell migration at a glance.</a> Journal of Cell Science. 122 (18), 3203-3208 (2009).</li></ol>

L'importanza dell'immigrazione negli studi di sviluppo, la guarigione della ferita, immunologia ed il cancro ha portato a diversi metodi per studiare la migrazione. Migrazione può essere un'espressione dell'espansione o la chiusura del divario dalle cellule. Più spesso la chiusura del graffio viene testata, come è più facile crescere le cellule in un monostrato e poi fare un graffio che la coltivazione di cellule in una forma specifica di8. Il nostro studio dimostra un metodo ottimizzato per s...

La migrazione è un processo importante che influenza diversi aspetti fisiologici. Nella guarigione delle ferite, migrazione facilita la riepitelizzazione della pelle. Nelle ferite non guariscono, quali ferite croniche, batteri opportunisti causano infezione della ferita, e ferite aperte sono ideali per la crescita di batteri e la formazione di biofilm1,2. Biofilm è una delle cause dello sviluppo di batteri resistenti, che è una delle maggiori minacce per la nostra società moderna3. Nella guarigione della ferita, le cellule immunitarie non possono penetrare il biofilm. Nel cancro, migrazione delle cellule tumorali è un passo fondamentale della metastasi, che è la causa principale di morte per i pazienti con tumori solidi4,5. Pertanto, è fondamentale essere in grado di studiare la migrazione.
L'analisi di gratta e Vinci è spesso usata per testare la migrazione cellulare perché è economico e facile da eseguire sulle linee cellulari aderenti, ad esempio del fibroblasto, endoteliale e delle cellule epiteliali linee6,7. Oggi, esistono diversi metodi per l'esecuzione di graffi8, e diversi materiali sono stati segnalati per essere utilizzato, compreso stuzzicadenti9, cella raschietti10, laser11e correnti elettriche12. Tutti i metodi sono diversi Pro e contro, e il metodo dovrebbe essere decisi secondo lo strumento di analisi, budget e tipo di cella. Ad esempio, se il tipo di cella utilizzata richiede rivestimento, rimozione manuale della pressione, ad esempio con una punta di uno stuzzicadenti o una pipetta, influenzerà la migrazione all'interno dell'area, deve essere utilizzato un metodo diverso. In questo studio, ci concentreremo sulla raschiatura manuale.
Un aspetto negativo per raschiatura manuale è la variazione delle dimensioni, forme dei graffi e l'accumulazione delle cellule sui bordi del graffio. Esistono molti protocolli, e una carta più citato consigli aumentata velocità e/o lavaggio accurato dopo graffiare13. Inoltre, sono stati utilizzati diversi metodi per ridurre al minimo la proliferazione, poiché la proliferazione delle cellule non si distingue dalla migrazione e pertanto può dare risultati falsi-positivi della migrazione. Alcuni segnalati sono metodi deprivazione di siero precede il gratta e Vinci14 e diminuendo la quantità di siero15. Tuttavia, nessuno di questi metodi possono garantire che non c'è nessuna proliferazione. Quindi, segnaliamo un pre-trattamento delle cellule con mitomicina C per garantire risultati veri della migrazione. Mitomicina C è un antibiotico che inibisce la sintesi del DNA formando un legame covalente con il DNA, che impedisce che il DNA che separa16. Pre-trattamento con mitomicina C e lavaggi con PBS prima di graffiare, la chiusura rilevata del gap dimostra la vera migrazione delle cellule (Figura 1).
Una caratteristica di tutti i metodi è la necessità di un sistema analizzare il processo di migrazione17. Un metodo economico per analizzare lo stato di avanzamento e un comune consiste nell'utilizzare un microscopio a luce-campo per prendere immagini dello scratch in intervalli di tempo predeterminati, seguita da un'analisi della chiusura del divario in un'immagine software18,19. Questo metodo è che richiede tempo, inaffidabili per quanto riguarda scattare foto presso il punto stesso e la messa a fuoco, e il movimento da incubatrice per fotocamera impone cicli delle variazioni di temperatura mentre le immagini sono prese. Altri metodi sono stati sviluppati per rilevare migrazione misurando il flusso di corrente. Le modifiche apportate, come celle di coprono più spazio sul piatto, che viene letto come un aumento nell' impedenza20. Misurando l'impedenza, l'ambiente delle cellule non è interessato, e il metodo è pertanto considerato invasivo. Questo metodo si basa su piatti specializzati con elettrodi d'oro, che sono costosi, ma consentono il rilevamento di molti processi, quali l'adesione cellulare, la proliferazione, migrazione e morte cellulare. Un grande svantaggio di questo metodo è che la misurazione dell'impedenza non direttamente indicare la migrazione, come fattori quali la temperatura hanno un grande impatto sull'impedenza. Modifiche nell'impedenza possono essere causate da diversi fattori che non vengono esaminati dal software, rendendo più difficile l'analisi dei dati. Di conseguenza, la mancanza di visualizzazione richiede un microscopio a luce convenzionale per verificare la migrazione.
Per superare molti degli aspetti negativi delle tecniche disponibili, usiamo una telecamera ottica automatizzata in tempo reale. La camera ottica è un sistema di rilevamento con un microscopio ad alta velocità in una piccola piattaforma con una lente, unità di illuminazione e una fotocamera digitale. Ha un built-in software, che può testare la migrazione e la proliferazione tra le altre cose. Per rilevare la migrazione, due algoritmi vengono utilizzati per analizzare la crescita e la cinetica di migrazione delle cellule, che sono chiamati la proliferazione e la cicatrizzazione analisi, rispettivamente. L'analisi di proliferazione si basa su un algoritmo di segmentazione di un'immagine in due fasi che applica texture analisi per rilevare la differenza tra zone coperte delle cellule (indicato in giallo) e vuoto aree di base di analisi Istogramma avanzato. L'analisi di cicatrizzazione è basato su un algoritmo di tre fasi che rileva il monostrato cellulare, individua il divario di ferita e determina la larghezza del gap. Questi passaggi sono condotti a intervalli di tempo definiti dall'utente, e i dati sono presentati come superficie coperta, larghezza di spacco e zona gap. Uno dei grandi vantaggi di questa macchina è che esso permette l'imaging delle cellule aderenti attraverso liquido a causa dell'angolo della telecamera21. Le immagini di lenstakes inclinato della telecamera che si proiettano a uno z-stack di un singolo z-plane generano per garantire che le foto sono a fuoco (Figura 2). z-stack vengono generati dalla fusione della serie di immagini (ad es. 40) prese perpendicolare al bordo della ferita e attraverso l'intera ferita. Gli z-stack consente l'acquisizione della profondità dello strato delle cellule come pure un piano di messa a fuoco attraverso la ferita. Inoltre, la serie di immagini possono essere messi insieme per una collezione di immagini, video con il clic di un pulsante.
Dimostriamo un protocollo ottimizzato per il rilevamento della migrazione nella linea cellulare dei cheratinociti HaCaT. Abbiamo testato la lattoferrina e suo peptide N-terminale, Lactoferricin, da esseri umani e mucche, per analizzare il loro effetto sulla migrazione come queste molecole hanno dimostrate di avere numerose applicazioni come antimicrobico e immunitario modulando molecole22 , 23. i quattro composti sono stati confrontati con cellule HaCaT non trattate e fattore di crescita epidermico (EGF) è stato usato come controllo positivo.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="712">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">oCelloScope</td>
			<td style="width:156px;">BioSense Solution ApS</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:221px;">Optical camera</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">UniExplorer software&#160;</td>
			<td style="width:156px;">BioSense Solution ApS</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>(8.0.0.7144 (RL3))</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">HaCaT cell</td>
			<td style="width:156px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Donated from Bispebjerg Hospital</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">DMEM (1x) + GlutaMAX</td>
			<td style="width:156px;">Gibco</td>
			<td style="width:119px;">31966-021</td>
			<td>Medium for HaCaT</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">FBS</td>
			<td style="width:156px;">Gibco</td>
			<td style="width:119px;">10270</td>
			<td>Fetal bovine serum</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PBS</td>
			<td style="width:156px;">Gibco</td>
			<td style="width:119px;">D837</td>
			<td>Without Mg+ and Ca2+</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pencillin-Streptomycin</td>
			<td style="width:156px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">P0781</td>
			<td>Antibiotics</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Trypsin (10x)</td>
			<td style="width:156px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">T3924</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Mitomycin C</td>
			<td style="width:156px;">Tocris</td>
			<td style="width:119px;">3258</td>
			<td>Inhibits proliferation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Microtiter plate</td>
			<td style="width:156px;">Greiner Bio-one</td>
			<td style="width:119px;">677 180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Incubator</td>
			<td style="width:156px;">Panasonic</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>37&#176;C, 5% CO2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Hemocytometer</td>
			<td style="width:156px;">Assistent</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>T&#252;rk (0.1 mm)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pipet boy</td>
			<td style="width:156px;">Accu-Jet pro</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optimized scratch assay for in vitro testing of cell migration with an automated optical camera

Migrazione delle cellule è un processo importante che influenza molti aspetti della salute, come ad esempio la guarigione della ferita e cancro, e, pertanto, è cruciale per lo sviluppo di metodi per lo studio della migrazione. Il dosaggio di gratta e Vinci è stato a lungo il più comune metodo di in vitro per testare composti con proprietà anti - e pro - emigrazione a causa del sua basso costo e semplice procedura. Tuttavia, un problema spesso segnalati del dosaggio è l'accumulo di cellule attraverso il bordo del graffio. Inoltre, per ottenere dati del dosaggio, immagini di esposizioni diverse devono adottare per un periodo di tempo a nello stesso punto per confrontare i movimenti della migrazione. Analisi di diversi programmi possono essere utilizzati per descrivere la chiusura gratta e Vinci, ma sono ad alta intensità di manodopera, imprecise e cicli di forze delle variazioni di temperatura. In questo studio, dimostriamo un metodo ottimizzato per testare l'effetto di migrazione, ad esempio con le proteine naturale, umani e bovini-lattoferrina e loro peptide N-terminale Lactoferricin sulla linea cellulare epiteliale HaCaT. Un'ottimizzazione cruciale è quello di lavare e gratta e Vinci in PBS, che elimina il suddetto accumulo di cellule lungo il bordo. Questo potrebbe essere spiegato dalla rimozione di cationi, che sono stati indicati per avere un effetto sulla connessione cellulare dei cheratinociti. Per garantire la vera rivelazione della migrazione, pre-trattamento con mitomicina C, un inibitore della sintesi del DNA, è stato aggiunto al protocollo. Infine, dimostriamo l'automatizzato telecamera ottica, che elimina i cicli di temperatura eccessiva, lavoro manuale con analisi di chiusura sul gratta e Vinci, migliorando sulla riproducibilità e garantire un'analisi di sezioni identiche dello scratch nel corso del tempo.

HaCaT è una linea cellulare dei cheratinociti, uno dei tipi più abbondanti delle cellule della pelle. Quando si verifica una ferita, le cellule della pelle iniziano a proliferare e migrare sopra al letto della ferita per chiudere la ferita (Figura 3). Entrambi i processi sono, quindi, della massima importanza per la corretta guarigione.
La camera ottica può seguire entrambi i processi in tempo re...

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Optimized Scratch Assay for In Vitro Testing of Cell Migration with an Automated Optical Camera

Qui descriviamo una procedura per verificare la migrazione cellule in vitro con un microscopio ottico automatizzato fotocamera. Il dosaggio di gratta e Vinci è stato ampiamente usato dove la chiusura del graffio è seguita per un periodo determinato. Il microscopio ottico consente un rilevamento affidabile e a buon mercato della migrazione cellulare.

Ottimizzato Scratch test per test In Vitro della migrazione cellulare con una fotocamera ottica automatizzata

Cell migration is an important process that influences many aspects of health, such as wound healing and cancer, and it is, therefore, crucial for ...

The main advantage of this technique is that you can look at the cells real time in the automatic optical microscope. The implications of this treatment extends to a therapy of chronic wounds or cancer where migration plays a crucial role in these diseases. Begin by washing a confluent culture of HaCaT cells two times with five milliliters of sterile magnesium and calcium free PBS per wash.Next, incubate the cells with one milliliter of trypsin in a 37 degree Celsius incubator for five to eight minutes. After confirming detachment under a light microscope stop the enzymatic reaction with nine milliliters of culture medium supplemented with FBS. And dilute the cells to a 7.5 times 10 to the fourth cells per 250 microliters of medium plus FBS concentration.Next, seed 250 microliters of cells to each well of a round-bottomed 48-well tissue culture plate, and gently slide the plate from side to side to ensure the cells are equally distributed across the well bottoms. Then transfer the plate to a cell culture incubator. When the cultures have reached a 90 to 95%confluency, replace the supernatant in each well with 250 microliters of freshly prepared medium supplemented with 10 micrograms per milliliter of mitomycin C, and return the plate to the incubator for another two hours.At the end of the incubation wash the cells with 250 microliters of PBS and add 250 microliters of fresh PBS to each well. Then use a 200 microliter micropipette tip to make one vertical scratch in each cell monolayer. When all of the monolayers have been scratched replace the PBS in each well with 250 microliters with the peptide stimulus of interest and mount the plate into an optical camera system with the lid intact.To set up the optical camera open the acquire window and select wound healing. Select the plate type and unselect the wells not in use. Next click enable and right click on one of the wells to adjust the focus to fit the position of the cells.Set the time period for the images under picture interval and set the number of repetitions to fit the desired period. Then select the appropriate analysis type. Then click start to begin imaging the cells.When a wound occurs the skin cells begin to proliferate and to migrate across the wound bed to close the wound, a process that can be observed through the optical camera. After a 48-hour incubation endothelial growth factor treatment induces a nearly 95%closure of the wound, compared to a 38%closure in the untreated control wells, and 33 and 62%closures in the lactoferrin and lactoferricin cultures respectively. The percentage of wound closure determined from changes in gap width from the initial scratch can also be plotted for each growth stimulus.This video describes a straightforward and efficient protocol for studying migration of keratinocytes across a scratch made in a monolayer of healthy cells. Though the cells used in this assay is HaCaT cells, the method can also be applied on other cell lines, fungi, or even bacteria, as long as they are adherent to the bottom of the microtiter plate.

Research

JoVE Journal

Biology

Optimized Scratch Assay for In Vitro Testing of Cell Migration with an Automated Optical Camera

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Ricerca

Biologia

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