Name: silicon nanowires and optical stimulation for investigations of intra- and intercellular electrical coupling
Uploaded: 2021-01-28T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Silicon Nanowires and Optical Stimulation for Investigations of Intra- and Intercellular Electrical Coupling at JoVE.com

यह काम वायु सेना के वैज्ञानिक अनुसंधान कार्यालय (AFOSR FA9550-18-1-0503) द्वारा समर्थित है ।

नैतिक मानकों का अनुपालन सुनिश्चित करने के लिए, कृंतक दिलों से कार्डियोमायोसाइट्स को अलग करने से संबंधित सभी पशु प्रक्रियाओं को पहले शिकागो विश्वविद्यालय संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति (IACUC) द्वारा अनुमोद...

<ol>
	<li>Blackiston, D. J., McLaughlin, K. A., Levin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioelectric+controls+of+cell+proliferation:+ion+channels,+membrane+voltage+and+the+cell+cycle.">Bioelectric controls of cell proliferation: ion channels, membrane voltage and the cell cycle.</a> Cell cycle. 8 (21), 3527-3536 (2009).</li><li>Dantzer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuroimmune+interactions:+from+the+brain+to+the+immune+system+and+vice+versa.">Neuroimmune interactions: from the brain to the immune system and vice versa.</a> Physiological Reviews. 98 (1), 477-504 (2017).</li><li>Wohleb, E. S., Franklin, T., Iwata, M., Duman, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrating+neuroimmune+systems+in+the+neurobiology+of+depression.">Integrating neuroimmune systems in the neurobiology of depression.</a> Nature Reviews Neuroscience. 17 (8), 497 (2016).</li><li>Veiga-Fernandes, H., Pachnis, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuroimmune+regulation+during+intestinal+development+and+homeostasis.">Neuroimmune regulation during intestinal development and homeostasis.</a> Nature Immunology. 18 (2), 116 (2017).</li><li>Sundelacruz, S., Levin, M., Kaplan, D. L. <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+membrane+potential+in+the+regulation+of+cell+proliferation+and+differentiation.">Role of membrane potential in the regulation of cell proliferation and differentiation.</a> Stem Cell Reviews and Reports. 5 (3), 231-246 (2009).</li><li>Sakmann, B., Neher, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patch+clamp+techniques+for+studying+ionic+channels+in+excitable+membranes.">Patch clamp techniques for studying ionic channels in excitable membranes.</a> Annual Reviews Physiology. 46 (1), 455-472 (1984).</li><li>Jayant, K., 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=Targeted+intracellular+voltage+recordings+from+dendritic+spines+using+quantum-dot-coated+nanopipettes.">Targeted intracellular voltage recordings from dendritic spines using quantum-dot-coated nanopipettes.</a> Nature Nanotechnology. 12 (4), 335-342 (2017).</li><li>Sakmann, B., Neher, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Patch+clamp+techniques+for+studying+ionic+channels+in+excitable+membranes.">Patch clamp techniques for studying ionic channels in excitable membranes.</a> Annual Review of Physiology. 46 (1), 455-472 (1984).</li><li>Xie, C., Lin, Z., Hanson, L., Cui, Y., Cui, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+recording+of+action+potentials+by+nanopillar+electroporation.">Intracellular recording of action potentials by nanopillar electroporation.</a> Nature Nanotechnology. 7 (3), 185-190 (2012).</li><li>Robinson, J. 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=Vertical+nanowire+electrode+arrays+as+a+scalable+platform+for+intracellular+interfacing+to+neuronal+circuits.">Vertical nanowire electrode arrays as a scalable platform for intracellular interfacing to neuronal circuits.</a> Nature Nanotechnology. 7 (3), 180-184 (2012).</li><li>Fenno, L., Yizhar, O., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+development+and+application+of+optogenetics.">The development and application of optogenetics.</a> Annual Review of Neuroscience. 34, 389-412 (2011).</li><li>Packer, A. M., Russell, L. E., Dalgleish, H. W., Hausser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+all-optical+manipulation+and+recording+of+neural+circuit+activity+with+cellular+resolution+in+vivo.">Simultaneous all-optical manipulation and recording of neural circuit activity with cellular resolution in vivo.</a> Nature Methods. 12 (2), 140-146 (2015).</li><li>Rotenberg, M. 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=Silicon+Nanowires+for+Intracellular+Optical+Interrogation+with+Sub-Cellular+Resolution.">Silicon Nanowires for Intracellular Optical Interrogation with Sub-Cellular Resolution.</a> Nano Letters. 20 (2), 1226-1232 (2020).</li><li>Rotenberg, M. 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=Living+myofibroblast-silicon+composites+for+probing+electrical+coupling+in+cardiac+systems.">Living myofibroblast-silicon composites for probing electrical coupling in cardiac systems.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 116 (45), 22531-22539 (2019).</li><li>Zimmerman, J. F., 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=Cellular+uptake+and+dynamics+of+unlabeled+freestanding+silicon+nanowires.">Cellular uptake and dynamics of unlabeled freestanding silicon nanowires.</a> Science Advances. 2 (12), 1601039 (2016).</li><li>Jiang, 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=Nongenetic+optical+neuromodulation+with+silicon-based+materials.">Nongenetic optical neuromodulation with silicon-based materials.</a> Nature protocols. 14 (5), 1339 (2019).</li><li>. dFoFmovie-CatFullAutoSave.java Available from: <a target="_blank" href="https://gist.github.com/ackman678/11155761">https://gist.github.com/ackman678/11155761</a> (2020)</li><li>Rueden, C. 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=ImageJ2:+ImageJ+for+the+next+generation+of+scientific+image+data.">ImageJ2: ImageJ for the next generation of scientific image data.</a> BMC Bioinformatics. 18 (1), 5229 (2017).</li><li>Lee, J. -. H., Zhang, A., You, S. S., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spontaneous+internalization+of+cell+penetrating+peptide-modified+nanowires+into+primary+neurons.">Spontaneous internalization of cell penetrating peptide-modified nanowires into primary neurons.</a> Nano Letters. 16 (2), 1509-1513 (2016).</li><li>Lozano, O., Torres-Quintanilla, A., Garc&#237;a-Rivas, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomedicine+for+the+cardiac+myocyte:+where+are+we.">Nanomedicine for the cardiac myocyte: where are we.</a> Journal of Controlled Release. 271, 149-165 (2018).</li><li>Lozano, 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=Nanoencapsulated+quercetin+improves+cardioprotection+during+hypoxia-reoxygenation+injury+through+preservation+of+mitochondrial+function.">Nanoencapsulated quercetin improves cardioprotection during hypoxia-reoxygenation injury through preservation of mitochondrial function.</a> Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2019, 7683091 (2019).</li><li>Gaudesius, G., Miragoli, M., Thomas, S. P., Rohr, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coupling+of+cardiac+electrical+activity+over+extended+distances+by+fibroblasts+of+cardiac+origin.">Coupling of cardiac electrical activity over extended distances by fibroblasts of cardiac origin.</a> Circulation Researach. 93 (5), 421-428 (2003).</li><li>Klesen, 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=Cardiac+fibroblasts+:+Active+players+in+(atrial)+electrophysiology.">Cardiac fibroblasts : Active players in (atrial) electrophysiology.</a> Herzschrittmacherther Elektrophysiology. 29 (1), 62-69 (2018).</li><li>He, K., 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=Long-distance+intercellular+connectivity+between+cardiomyocytes+and+cardiofibroblasts+mediated+by+membrane+nanotubes.">Long-distance intercellular connectivity between cardiomyocytes and cardiofibroblasts mediated by membrane nanotubes.</a> Cardiovascular Research. 92 (1), 39-47 (2011).</li><li>Carvalho-de-Souza, J. 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=Photosensitivity+of+neurons+enabled+by+cell-targeted+gold+nanoparticles.">Photosensitivity of neurons enabled by cell-targeted gold nanoparticles.</a> Neuron. 86 (1), 207-217 (2015).</li><li>Wang, S. -. H., Lee, C. -. W., Chiou, A., Wei, P. -. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Size-dependent+endocytosis+of+gold+nanoparticles+studied+by+three-dimensional+mapping+of+plasmonic+scattering+images.">Size-dependent endocytosis of gold nanoparticles studied by three-dimensional mapping of plasmonic scattering images.</a> Journal of Nanobiotechnology. 8 (1), 33 (2010).</li></ol>

हमने यहां कोशिकाओं की इंट्रासेलुलर विद्युत उत्तेजना करने का एक सरल तरीका प्रदर्शित किया है। इस प्रदर्शन में, हमने एमएफएस का उपयोग किया जो एसआईएनडब्ल्यू के साथ पूर्वनिर्मित थे, फिर सीएम के साथ सह-संस्?...

सेलुलर व्यवहार को विनियमित करने के लिए सभी जैविक जीव आयनों के रूप में बिजली का उपयोग करते हैं। सेल झिल्ली में विभिन्न प्रकार के विशिष्ट आयन चैनल होते हैं जो आयनों के निष्क्रिय और सक्रिय परिवहन की अनुमति देते हैं। ये आयन उत्तेजनीय कोशिकाओं के कार्यों को नियंत्रित करते हैं, जैसे न्यूरोनल गतिविधि और कंकाल और हृदय की मांसपेशी संकुचन। हालांकि, जैव-विद्युतता गैर-उत्तेजनीय कोशिकाओं में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, जो कोशिका प्रसार1,न्यूरोआईआईयुनिटी2,3,4और स्टेम सेल भेदभाव5जैसे कई सेलुलर कार्यों को नियंत्रित करती है।
हाल के दशकों में, जैव विद्युतता के क्षेत्र ने ब्याज का एक बढ़ता हुआ स्तर तैयार किया है, जिसने बायोइलेक्ट्रॉनिक इंटरफेस के लिए कई प्रौद्योगिकियों के विकास में योगदान दिया है। माइक्रोइलेक्ट्रोड पैच पिपेट इंट्रासेलुलर रिकॉर्डिंग और उत्तेजना6का स्वर्ण मानक है। इस पद्धति में, कुछ माइक्रोन के पोर आकार के साथ एक तेज धार बनाने के लिए विशिष्ट परिस्थितियों में एक ग्लास पिपेट खींचा जाता है। यह पिपेट एक बफर से भरा हुआ है और पिपेट इंट्रासेलुलर वॉल्यूम के साथ बफर के सीधे संपर्क की अनुमति देता है। इसके परिणामस्वरूप एक बायोइलेक्ट्रिक इंटरफ़ेस होता है जो शोर अनुपात, सेलुलर विद्युत गतिविधि पर सटीक नियंत्रण और अत्यंत उच्च लौकिक संकल्प के लिए बेहद उच्च संकेत देता है। यद्यपि यह पद्धति एक अत्यंत शक्तिशाली उपकरण है, जिसे हाल ही में नैनो-पिपेट कॉन्फ़िगरेशन7में डाउनस्केल किया गया था, यह कई महत्वपूर्ण तकनीकी सीमाओं से जुड़ा हुआ है। साइटोसोल कमजोर पड़ने प्रभाव8,साथ ही यांत्रिक कंपन, अल्पकालिक पूछताछ के लिए इसकी उपयोगिता को सीमित करता है, और इसके लिए महंगे विशेष उपकरण और उच्च स्तर के तकनीकी कौशल की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, इसकी बुल्लनेस उन कोशिकाओं की संख्या को सीमित करती है जिन्हें एक साथ रिकॉर्ड या उत्तेजित किया जा सकता है, और इसकी आक्रामकता के कारण, इसे पूरे प्रयोग में पुन: कॉन्फ़िगर नहीं किया जा सकता है। इन सीमाओं को दूर करने के लिए, माइक्रोइलेक्ट्रोड सरणी विकसित की गई थी, लेकिन इलेक्ट्रोड का आकार स्थानिक संकल्प के साथ-साथ इंट्रासेलर एक्सेस को सीमित करता है। नैनोइलेक्ट्रोड सरणी इंट्रासेलुलर रिकॉर्डिंग और उत्तेजना की अनुमति देती है लेकिन साइटोसोल9,10तक पहुंचने के लिए घर्षण इलेक्ट्रोपाउरेशन की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, ये सभी पद्धतियां सब्सट्रेट बाउंड हैं और इस प्रकार इन विट्रो सेल संस्कृतियों, या बाहरी सतही कोशिकाओं तक सीमित हैं, जिनमें 3-आयामी (3 डी) ऊतक के अंदर कोशिकाओं तक पहुंच नहीं है।
ऑप्टोजेनेटिक्स11 का व्यापक रूप से इन 3 डी और वीवो सीमाओं को संबोधित करने के लिए उपयोग किया जाता है। हालांकि, ऑप्टोजेनेटिक विधियां प्रकाश-सक्रिय प्लाज्मा झिल्ली आयन चैनलों के क्षोभ पर आधारित हैं जो प्लाज्मा झिल्ली पर वितरित की जाती हैं, जो 3 डी स्थानिक संकल्प12 और इंट्रासेलुलर क्षमताओं को सीमित करती हैं।
हमने हाल ही में दिखाया है कि सिलिकॉन नैनोवायर्स (एसआईएनडब्ल्यू) का उपयोग विभिन्न गैर-उत्तेजनीय कोशिकाओं, अर्थात् कार्डियक माइफिब्रोब्लास्ट्स और ओलिगोडेन्ड्रोसाइट्स13के साथ सबमाइस्रोन स्थानिक संकल्प के साथ इंट्रासेलर बायोइलेक्ट्रिक पूछताछ करने के लिए किया जा सकता है। इसके अलावा, हम इन SiNWs का इस्तेमाल किया एक 3 डी हृदय ऊतक के भीतर पूर्व वीवो सेल विशिष्ट पूछताछ प्रदर्शन करने के लिए, जांच करने के लिए कैसे हृदय कोशिकाओं विद्युत वीवो14में जोड़े । इस पद्धति का एक प्रमुख लाभ इसकी सादगी है; इसके लिए किसी आनुवंशिक संशोधन या भारी इंस्ट्रूमेंटेशन की आवश्यकता नहीं होती है। कई कोशिकाएं अनायास फोटो-उत्तरदायी एसआईएनडब्ल्यू को आंतरिक रूप से आंतरिक करेंगी, जिसमें सोनीशन या इलेक्ट्रोपॉशन15की कोई आवश्यकता नहीं है। इसके अलावा, वे अनायास एंडोसोमल एनकैप्सुलेशन से बच जाएंगे और साइटोसोल और इंट्रासेलुलर ऑर्गेनेल्स13, 15के साथ एक निर्बाध एकीकरणबनाएंगे। इन सेल-एसआईएनडब्ल्यूएस कंपोजिट, को सेल-सिलिकॉन हाइब्रिड कहा जाता है, मूल कोशिका की गतिशील, नरम और बहुमुखी प्रकृति के साथ-साथ एसआईएनडब्ल्यू की ऑप्टोइलेक्ट्रिक क्षमताओं के अधिकारी हैं। संकरण के बाद, सेल-एसआईएनडब्ल्यू हाइब्रिड को मानक ऊतक संस्कृति तकनीकों का उपयोग करके काटा जा सकता है और इंट्रासेलुलर बायोइलेक्ट्रिक उत्तेजना जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जा सकता है; विट्रो में इंटरसेलुलर बायोइलेक्ट्रिक कपलिंग का अध्ययन; और वीवो सेल विशिष्ट पूछताछ के लिए। एक प्रभावी उत्तेजना के रूप में उच्च ऑप्टिकल पावर घनत्व और एसआईएनडब्ल्यू के सह-स्थानीयकरण की आवश्यकता होती है, इसलिए कोई भी 2डी और 3 डी दोनों में उच्च स्थानिक संकल्प प्राप्त कर सकता है। इस प्रोटोकॉल में हम कार्यप्रणाली का विस्तार से वर्णन करते हैं, साथ ही परिणामों का विश्लेषण कैसे किया जा सकता है। विट्रो में इंट्रा-और इंटरसेलुलर जांच पर ध्यान केंद्रित किया गया है, लेकिन इस पद्धति के वीवो कार्यान्वयन में कई अन्य जैविक परिदृश्यों के लिए सीधे उपयोग किया जा सकता है।

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:666px;" width="665">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">35 mm Glass bottom dishes</td>
			<td style="width:121px;">Cellvis</td>
			<td style="width:161px;">D35-10-0-N</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">3i Marianas Spinning Disk Confocal</td>
			<td style="width:121px;">3i</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Calcein-AM</td>
			<td style="width:121px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:161px;">C1430</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">CellMask Orange Plasma membrane Stain</td>
			<td style="width:121px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:161px;">C10045</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Collagen I, rat tail</td>
			<td style="width:121px;">Gibco</td>
			<td style="width:161px;">A1048301</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Deluxe Diamond Scribing Pen</td>
			<td style="width:121px;">Ted Pella</td>
			<td style="width:161px;">54468</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">DMEM, high glucose, pyruvate, no glutamine</td>
			<td style="width:121px;">Gibco</td>
			<td style="width:161px;">10313039</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">DMSO, Anhydrous</td>
			<td style="width:121px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:161px;">D12345</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Falcon Standard Tissue Culture Dishes</td>
			<td style="width:121px;">Falcon</td>
			<td style="width:161px;">08-772E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Fetal Bovine Serum, certified, heat inactivated,</td>
			<td style="width:121px;">Gibco</td>
			<td style="width:161px;">10082147</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Fibronectin Human Protein, Plasma</td>
			<td style="width:121px;">Gibco</td>
			<td style="width:161px;">33016015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Fisherbrand 112xx Series Advanced Ultrasonic Cleaner</td>
			<td style="width:121px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:161px;">FB11201</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Fluo-4, AM, cell permeant</td>
			<td style="width:121px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:161px;">F14201</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">FluoroBrite DMEM Media</td>
			<td style="width:121px;">Gibco</td>
			<td style="width:161px;">A1896701</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">L-Glutamine (200 mM)</td>
			<td style="width:121px;">Gibco</td>
			<td style="width:161px;">25030081</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">OKO full environmental control chamber (constant temperature, humidity and CO2)</td>
			<td style="width:121px;">OKO</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PBS, pH 7.4</td>
			<td style="width:121px;">Gibco</td>
			<td style="width:161px;">10010023</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL)</td>
			<td style="width:121px;">Gibco</td>
			<td style="width:161px;">15140122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Pierce Primary Cardiomyocyte Isolation Kit</td>
			<td style="width:121px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:161px;">88281</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Trypsin-EDTA (0.25%), phenol red</td>
			<td style="width:121px;">Gibco</td>
			<td style="width:161px;">25200056</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

silicon nanowires and optical stimulation for investigations of intra- and intercellular electrical coupling

Myofibroblasts अनायास सिलिकॉन नैनोवायर्स (एसआईएनडब्ल्यू) को आंतरिक बना सकते हैं, जिससे उन्हें बायोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के लिए एक आकर्षक लक्ष्य मिल सकता है। ये सेल-सिलिकॉन हाइब्रिड सामान्य सेल व्यवहार के लिए न्यूनतम क्षोभ के साथ लीडलेस ऑप्टिकल मॉड्यूलेशन क्षमताएं प्रदान करते हैं। ऑप्टिकल क्षमताओं को एसआईएनडब्ल्यू के फोटोथर्मल और फोटोइलेक्ट्रिक गुणों द्वारा प्राप्त किया जाता है। इन संकरों को मानक ऊतक संस्कृति तकनीकों का उपयोग करके काटा जा सकता है और फिर विभिन्न जैविक परिदृश्यों पर लागू किया जा सकता है। हम यहां प्रदर्शित करते हैं कि इन संकरों का उपयोग हृदय कोशिकाओं के विद्युत युग्मन का अध्ययन करने और तुलना करने के लिए कैसे किया जा सकता है कि कैसे myofibroblasts एक दूसरे को या कार्डियोमायोसाइट्स के लिए। इस प्रक्रिया को युग्मित लेजर लाइन के साथ फ्लोरोसेंट माइक्रोस्कोप से परे विशेष उपकरणों के बिना पूरा किया जा सकता है। यह भी दिखाया गया है कि एक कस्टम निर्मित MATLAB दिनचर्या का उपयोग करें जो संस्कृति में विभिन्न कोशिकाओं के भीतर और बीच कैल्शियम प्रचार के परिमाणीकरण की अनुमति देता है। Myofibroblasts कार्डियोमायोसाइट्स की तुलना में एक धीमी बिजली की प्रतिक्रिया के लिए दिखाया गया है । इसके अलावा, माइोफिब्रोब्लास्ट इंटरसेलुलर प्रचार थोड़ा धीमा दिखाता है, हालांकि उनके इंट्रासेलुलर वेग के लिए तुलनीय वेग, गैप जंक्शनों या नैनोट्यूब के माध्यम से निष्क्रिय प्रचार का सुझाव देता है। यह तकनीक अत्यधिक अनुकूलनीय है और इन विट्रो के साथ-साथ वीवो या पूर्व वीवो जांच में आसानी से अन्य सेलुलर एरेनास पर लागू की जा सकती है।

इंट्रासेलर साइटोसोल तक सीधी पहुंच की अनुमति देने के लिए इस पद्धति की क्षमता कोशिकाओं में एसआईएनडब्ल्यू के सहज आंतरिककरण पर निर्भर करती है। यद्यपि एसआईएनडब्ल्यू कई सेल प्रकार15में सहज आंतरि?...

Watch this Scientific Journal Video about Silicon Nanowires and Optical Stimulation for Investigations of Intra- and Intercellular Electrical Coupling at JoVE.com

Silicon Nanowires and Optical Stimulation for Investigations of Intra- and Intercellular Electrical Coupling

यह प्रोटोकॉल एक सरल और आसान तरीका प्रदर्शन करने के लिए सेल के इंट्रासेलुलर ऑप्टिकल जैव-मॉड्यूलेशन के लिए सिलिकॉन नैनोवायर्स के उपयोग का वर्णन करता है। तकनीक विविध सेल प्रकारों के लिए अत्यधिक अनुकूलनीय है और इन विट्रो के साथ-साथ वीवो अनुप्रयोगों में भी उपयोग किया जा सकता है।

अंतर और इंटरसेलुलर इलेक्ट्रिकल कपलिंग की जांच के लिए सिलिकॉन नैनोवायर्स और ऑप्टिकल उत्तेजना

Myofibroblasts can spontaneously internalize silicon nanowires (SiNWs), making them an attractive target for bioelectronic applications. These ...

यह तकनीक केवल मानक ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके अत्यंत उच्च स्थानिक संकल्प और सेल विशिष्टता के साथ इंट्रासेलुलर बायोइलेक्ट्रिकल पूछताछ की अनुमति देती है। यह विधि कोशिकाओं के भीतर कोशिकाओं और विशिष्ट स्थानों की उत्तेजना और विद्युत पूछताछ की सुविधा प्रदान करती है और विट्रो में और साथ ही 3 डी पूर्व वीवो ऊतक तैयारी में भी किया जा सकता है। यह तकनीक हृदय या मस्तिष्क कोशिकाओं जैसे कई सेलुलर एरेनास की जैव-इलेक्ट्रॉनिक जांच के साथ-साथ हमारे सभी गैर-उत्तेजनीय कोशिकाओं के बीच विद्युत संचार को सक्षम बनाती है।एक myofibroblast कार्डियोमायोसाइट निलंबन से myofibroblasts अलग करने के लिए, पूर्व प्लेट एक घंटे के लिए एक १०० मिलीमीटर ऊतक संस्कृति पकवान पर अलग कोशिकाओं, के रूप में कार्डियोमायोसाइट्स एक फाइबर गर्दन और इलाज सतह का पालन करने की जरूरत है । इनक्यूबेशन के अंत में, समृद्ध कार्डियोमायोसाइट को इकट्ठा करें जिसमें डाउनस्ट्रीम सह-संस्कृति के लिए सुपरनेटेंट होता है। किसी भी शेष कार्डियोमायोसाइट्स को खत्म करने और इनक्यूबेशन के दो से चार दिनों से पहले ताजा संस्कृति माध्यम के साथ कोशिकाओं को खिलाने के लिए डीएमईएम के साथ मायोफिब्रोब्लास्ट कुल्ला।जब कोशिकाएं 80% तक पहुंचती हैं, तो रासायनिक वाष्प जमा-विकसित सिलिकॉन नैनोवायर्स के साथ एक वेफर से तीन मिलीमीटर चिप को काटने के लिए एक हीरे के मुंशी का उपयोग करें। और 70% इथेनॉल में चिप्स कुल्ला करने के लिए तेज संदंश का उपयोग करें। कुल्ला करने के बाद, चिप्स को बाँझ माइक्रो सेंट्रलाइज ट्यूब में स्थानांतरित करने से पहले, जैव-सुरक्षा लैमिनार फ्लो हुड में पराबैंगनी प्रकाश के तहत 30 मिनट के लिए चिप्स को हवा-सूखी करें।एक से 10 मिनट के लिए एक sonication स्नान में ताजा संस्कृति माध्यम के एक मिलीलीटर में चिप्स ध्वनि से पहले, किसी भी शेष इथेनॉल को हटाने के लिए एक पूर्ण सेल संस्कृति माध्यम कुल्ला का प्रयोग करें । नैनो तारों के रिलीज होने के साथ ही सुपरनेट को बादल छा जाना चाहिए । ताजा संस्कृति माध्यम के पांच मिलीलीटर में सिलिकॉन नैनोवायर निलंबन मिलाएं और myofibroblasts के पकवान पर नैनो तार समाधान बीज ।सेल कल्चर इनक्यूबेटर में चार घंटे के बाद, किसी भी अनइंटरनेलाइज्ड नैनोवायर्स को हटाने के लिए ताजा संस्कृति माध्यम के साथ पांच बार पकवान कुल्लाएं और किसी भी आंशिक रूप से आंतरिक नैनोवायर को पूरी तरह से शामिल करने की अनुमति देने के लिए एक और घंटे के लिए कोशिकाओं को इनक्यूबेट करना जारी रखें। इसके बाद 35 मिलीमीटर ग्लास बॉटम डिश में ताजा तैयार कोलेजन कोटिंग सॉल्यूशन के 500 माइक्रोलीटर जोड़ें। एक घंटे के बाद ३७ डिग्री सेल्सियस पर इनक्यूबेशन, बाँझ PBS के साथ पकवान कुल्ला और सिलिकॉन नैनोवायर myofibroblast संकर फसल, ट्रिप्सिन के तीन मिलीलीटर के साथ, ३७ डिग्री सेल्सियस पर दो मिनट के लिए ।जब कोशिकाओं को अलग कर दिया है, संस्कृति माध्यम के 10 मिलीलीटर के साथ प्रतिक्रिया बंद करो, तेजी से पाइपिंग द्वारा कुल्ला और २०० जी से अधिक अपकेंद्रित्र नहीं कोशिकाओं को नुकसान पहुंचाने से बचने के लिए । फिर ताजा माध्यम के एक मिलीलीटर में हाइब्रिड सेल छर्रों को फिर से निलंबित करें, और कोलेजन कोटेड ग्लास बॉटम डिश पर कोशिकाओं को बीज करें। नैनो तार आंतरिककरण को सत्यापित करने के लिए, मानक प्रोटोकॉल के अनुसार फ्लोरोसेंट साइटोसोल और झिल्ली रंगों के साथ कोशिकाओं को लेबल करें, और कोशिकाओं को छवि बनाने के लिए एक कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करें।चूंकि सिलिकॉन नैनोवायर अत्यधिक चिंतनशील होते हैं, इसलिए उनके दृश्य के लिए फ्लोरेसेंस के बजाय परावर्तित प्रकाश का उपयोग किया जा सकता है। एक मायोफिब्रोब्लास्ट सिलिकॉन नैनोवायर हाइब्रिड कार्डियोमायोसाइट सह-संस्कृति स्थापित करने के लिए, प्रत्येक सेल प्रकार की उचित संख्या को कोलेजन कोटेड ग्लास बॉटम डिश पर बीज करें। और ४८ घंटे के लिए ३७ डिग्री सेल्सियस पर कोशिकाओं संस्कृति, कोशिकाओं को अंतरकोशिकीय अंतर जंक्शनों के रूप में अनुमति देने के लिए ।प्रयोग के दिन, संस्कृति सुपरनिटर को ताजा तैयार कैल्शियम संवेदनशील डाई के साथ पूरक संस्कृति माध्यम के एक मिलीलीटर के साथ प्रतिस्थापित करें, 37 डिग्री सेल्सियस पर 20 से 30 मिनट इनक्यूबेशन के लिए। इनक्यूबेशन के अंत में, पूर्व गर्म फिनोल लाल मुक्त DMEM के एक मिलीलीटर के साथ कोशिकाओं के इलाज से पहले, बाँझ PBS के साथ दो बार थाली धोएं । फिर बेसलाइन छवियों को प्राप्त करने से पहले इंट्रासेलुलर कैल्शियम डाई को 37 डिग्री सेल्सियस पर 30 मिनट के लिए डी-एस्टेरिफिकेशन से गुजरने की अनुमति दें।ऑप्टिकल इमेजिंग और उत्तेजना से पहले, एक कोलिमेटेड लेजर लाइन के साथ एक माइक्रोस्कोप पर एक आर्द्रीकृत माइक्रो इनक्यूबेटर को पहले से गरम करें, कैल्शियम इमेजिंग और ऑप्टिकल उत्तेजना के लिए 37 डिग्री सेल्सियस और 5% बुलबुला युग कार्बन डाइऑक्साइड मिश्रण के लिए। जब माइक्रोस्कोप तैयार हो जाता है, तो माइकोफिब्रोब्लास्ट हाइब्रिड कार्डियोमायोसाइट सह-संस्कृति को माइक्रो इनक्यूबेटर में रखें और एक उपयुक्त उत्तेजना साइट का पता लगाने के लिए उज्ज्वल क्षेत्र माइक्रोस्कोपी द्वारा नैनोवायर्स की कल्पना करें। जब किसी साइट की पहचान की गई हो, तो नैनो तार के पूर्व-निर्धारित स्थान पर उत्तेजना बिंदु को बनाए रखते हुए फ्लोरेसेंस मोड के लिए प्रकाश पथ को फिर से कॉन्फ़िगर करें, और प्रत्येक सिलिकॉन नैनोवायर आकार और सेल प्रकार के लिए इष्टतम उत्तेजना शक्ति और पल्स लंबाई को मान्य करें।बेसलाइन इंट्रासेलुलर कैल्शियम गतिविधि की दो से दस सेकंड की रिकॉर्डिंग प्राप्त करें, एक से 10 मेलोट की एक लेजर पल्स और एक से 10 मिलीसेकंड अवधि के साथ नैनो तार को उत्तेजित करने से पहले, परिणामस्वरूप कैल्शियम तरंग को दो से 10 सेकंड के लिए रिकॉर्ड करना। प्रयोग के अंत में अतिरिक्त विश्लेषण के लिए ऑप्टिकल उत्तेजना की रिकॉर्ड की गई फिल्मों को उपयुक्त सॉफ्टवेयर प्रोग्राम में स्थानांतरित करें। मानक चरण विपरीत प्रकाशिकी का उपयोग करके, संगम कोशिकाओं को प्रकाश माइक्रोस्कोपी द्वारा आसानी से देखा जाता है।सिलिकॉन नैनोवायर, हालांकि, मुश्किल से दिखाई देते हैं, जिससे उनके स्थान इस विधि द्वारा परिभाषित करना असंभव हो जाता है। प्रकाश और अंधेरे क्षेत्र छवियों के सुपर अधिरोपण, हालांकि, प्रकाश चिंतनशील सिलिकॉन नैनोवायर की पेरी परमाणु व्यवस्था के दृश्य की अनुमति देता है । कॉन्फोकल माइक्रोस्कोपी का उपयोग फ्लोरोसेंट मार्कर दाग साइटोसोल और प्लाज्मा झिल्ली की कल्पना करने के लिए किया जा सकता है, जिससे सिलिकॉन नैनोवायर्स का इंट्रासेलुलर स्थान अधिक स्पष्ट हो जाता है।मानक माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके, सिलिकॉन नैनोवायर के स्थान की पहचान करने के लिए एक उज्ज्वल क्षेत्र छवि प्राप्त की जा सकती है। अनायास पिटाई कार्डियोमायोसाइट्स और आराम myofibroblasts के एक छोटे बेसलाइन वीडियो तो प्राप्त किया जा सकता है । उत्तेजना के बाद, सह-संस्कृति के भीतर कैल्शियम प्रचार दर्ज किया जा सकता है।जिस समय विभिन्न कोशिकाएं उत्तेजित हो जाती हैं, उस बिंदु द्वारा निर्धारित किया जा सकता है जिस पर औसत ऑप्टिकल प्रवाह में परिवर्तन अपने अधिकतम तक पहुंचता है। ऑप्टिकल प्रवाह तो प्रत्येक कोशिका क्षेत्र के भीतर सक्रियण के समय की पहचान में सहायता करने के लिए गणना की जा सकती है । इंट्रासेलुलर वेग को खैमा ग्राफ का उपयोग करके प्रत्येक कोशिका के लिए निर्धारित किया जा सकता है, रेखा की ढलान के साथ इंट्रासेलुलर प्रचार गति के विपरीत का प्रतिनिधित्व करती है।उदाहरण के लिए, यहां, एक सह-संस्कृति के भीतर सेल इंटरैक्शन के लिए मापा जाने वाले विभिन्न अंतर और इंट्रासेलुलर वेग का सारांश देखा जा सकता है। इस विधि का उपयोग वीवो अध्ययन में सेल सिलिकॉन हाइब्रिड को सीधे ऊतक में इंजेक्ट करके और वीवो इलेक्ट्रिकल कंपनी में अध्ययन करने के लिए 3 डी पूर्व वीवो तैयारी का उपयोग करके किया जा सकता है।

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Soft Lithographic Functionalization and Patterning Oxide-free Silicon and Germanium

शीतल Lithographic functionalization और ऑक्साइड मुक्त patterning सिलिकॉन और जर्मेनियम

The development of hybrid electronic devices relies in large part on the integration of (bio)organic materials and inorganic semiconductors through a ...

Attaching Biological Probes to Silica Optical Biosensors Using Silane Coupling Agents

सिलिका ऑप्टिकल Biosensors silane युग्मन एजेंटों का उपयोग करने के लिए जैविक जांच संलग्न

In order to interface with biological environments, biosensor platforms, such as the popular Biacore system (based on the Surface Plasmon Resonance (SPR) ...

Engineering Skeletal Muscle Tissues from Murine Myoblast Progenitor Cells and Application of Electrical Stimulation

इंजीनियरिंग murine Myoblast पूर्वपुस्र्ष कोशिकाओं और बिजली की उत्तेजना के अनुप्रयोग से कंकाल मांसपेशियों के ऊतकों

Engineered muscle tissues can be used for several different purposes, which include the production of tissues for use as a disease model in vitro, e.g. to ...

In vitro Synthesis of Native, Fibrous Long Spacing and Segmental Long Spacing Collagen

In vitro Synthesis of Native, Fibrous Long Spacing and Segmental Long Spacing Collagen

मूल निवासी, रेशेदार लंबी रिक्ति और कमानी लंबी रिक्ति कोलेजन की इन विट्रो संश्लेषण में

Collagen fibrils are present in the  extracellular matrix of animal tissue to provide structural scaffolding and  mechanical strength. These native ...

Optical Detection of E. coli Bacteria by Mesoporous Silicon Biosensors

Optical Detection of E. coli Bacteria by Mesoporous Silicon Biosensors

के ऑप्टिकल पहचान<em&gt; ई. कोली</emMesoporous सिलिकन biosensors के द्वारा&gt; जीवाणु

A label-free optical biosensor based on a nanostructured porous Si is designed for rapid capture and detection of Escherichia coli K12 bacteria, as a ...

Porous Silicon Microparticles for Delivery of siRNA Therapeutics

SiRNA चिकित्सा विज्ञान की डिलीवरी के लिए झरझरा सिलिकॉन microparticles

Small interfering RNA (siRNA) can be used to suppress gene expression, thereby providing a new avenue for the treatment of various diseases. However, the ...

Computed Tomography and Optical Imaging of Osteogenesis-angiogenesis Coupling to Assess Integration of Cranial Bone Autografts and Allografts

गणना टोमोग्राफी और अस्थिजनन-एंजियोजिनेसिस युग्मन के ऑप्टिकल इमेजिंग कपाल अस्थि autografts और allografts की एकता का आकलन करने के लिए

A major parameter determining the success of a bone-grafting procedure is vascularization of the area surrounding the graft. We hypothesized that ...

Optical Control of Living Cells Electrical Activity by Conjugated Polymers

संयुग्मित पॉलिमर द्वारा कोशिकाओं विद्युत गतिविधि के रहने की ऑप्टिकल नियंत्रण

Hybrid interfaces between organic semiconductors and living tissues represent a new tool for in-vitro and in-vivo applications. In particular, conjugated ...

Preparation of Silicon Nanowire Field-effect Transistor for Chemical and Biosensing Applications

केमिकल और biosensing अनुप्रयोगों के लिए सिलिकॉन Nanowire क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर की तैयारी

Surveillance using biomarkers is critical for the early detection, rapid intervention, and reduction in the incidence of diseases. In this study, we ...

Transmission of Multiple Signals through an Optical Fiber Using Wavefront Shaping

एक ऑप्टिकल फाइबर Wavefront को आकार देने का उपयोग कर के माध्यम से कई संकेतों के प्रसारण

The transmission of multiple independent optical signals through a multimode fiber is accomplished using wavefront shaping in order to compensate for the ...