Photopatterning protéines et des cellules dans une solution aqueuse Environnement Utilisation de TiO<sub> 2</sub> Photocatalyse
Summary
We describe a protocol for modifying cell affinity of a scaffold surface in aqueous environment. The method takes advantage of titanium dioxide photocatalysis to decompose organic film in the photo-irradiated region. We show that it can be used to create microdomains of scaffolding proteins, both ex situ and in situ.
Abstract
Les contaminants organiques adsorbés à la surface du dioxyde de titane (TiO 2) peuvent être décomposés par photocatalyse sous rayonnement ultraviolet (UV). Nous décrivons ici un nouveau protocole employant la photocatalyse du TiO 2 à modifier localement affinité des cellules de la surface du substrat. Pour cette expérience, un film mince de TiO 2 est revêtu par pulvérisation sur une lamelle de verre, et la surface de TiO 2 a ensuite été modifié par une monocouche organosilane dérivé de l'octadécyltrichlorosilane (OTS), qui inhibe l'adhérence cellulaire. L'échantillon a été immergé dans un milieu de culture cellulaire, et concentre la lumière UV a été irradié à une région de forme octogonale. Quand un neuronales cellules PC12 lignée de cellules ont été étalées sur l'échantillon, les cellules adhèrent seulement sur la zone irradiée aux UV. On montre en outre que cette modification de surface peut également être réalisée in situ, autrement dit, même lorsque les cellules sont en croissance sur le substrat. Modification appropriée de la surface nécessaire une matrice extracellulaire protein collagène d'être présent dans le milieu au moment de l'irradiation UV. La technique présentée ici peut éventuellement être utilisé dans plusieurs types de cellules pour la construction de structuration des systèmes de co-culture ou de manipuler arbitrairement cellules dans la culture.
Introduction
Semiconductor processus de lithographie et de ses dérivés tels que la photolithographie – 1,2, la lithographie par faisceau d'électrons 3-6 et microcontact impression 7-10 – sont devenus un outil créé en biologie cellulaire pour cultiver des cellules vivantes dans une position définie et la géométrie. Procédé de formation de motifs repose sur l'utilisation de substrats micro-usinés, comprenant des micro-île de revêtement permissive de cellules dans un arrière-plan non permissive. Un tel substrat sert de matrice à motif cellules. Ces technologies nous ont fourni les nouvelles méthodes pour modifier des cellules et leur fonction à un niveau mono et multi-cellulaire, pour extraire les propriétés intrinsèques des cellules, et d'augmenter le débit de base de cellules criblage de médicaments 11.
Le degré de liberté dans un patron de cellules augmenterait considérablement si la géométrie du motif de modèle pourrait être modifié in situ, à savoir, tandis que les cellules sont cultivées sur des sta tête. Les procédés classiques de formation de motif ne peut pas être directement appliquées ici, étant donné qu'ils traitent les échantillons dans une atmosphère ou sous vide. Par conséquent diverses nouvelles techniques de modification de surface ont été proposées, qui sont basées, par exemple, sur des composés photo-réactifs 12,13 ou ablation laser 5,14, juste pour en nommer quelques-uns. Les méthodes proposées ont été bien examiné par Robertus et al. 15, et plus récemment par Choi et al. 16 et 17 par Nakanishi.
Ici, dans cet article, nous décrivons un nouveau protocole de modification in situ surface, qui tire parti de la dégradation photocatalytique de molécules organiques sur un dioxyde de titane (TiO 2) de surface 18,19. Dans ce procédé, un film de TiO 2 est insérée entre le substrat de verre et le film organique qui assure l'interface des cellules, et le film organique est décomposé in situ en irradiant localement ultraviolet (UV)la lumière pour une région d'intérêt (λ <388 nm). Nous montrons que le nouveau protocole peut être utilisé pour créer micropatterns de protéines de la matrice extracellulaire et des cellules vivantes ex situ et in situ. TiO 2 est biocompatible, chimiquement stable, et optiquement transparents, caractéristiques de ce qui le rend sympathique à introduire dans des expériences de culture cellulaire. Ce protocole fournit une alternative de matériaux à base scientifique pour modifier les échafaudages de culture cellulaire en milieu de culture cellulaire.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans notre protocole actuel, TiO 2 film a été formé par RF-pulvérisation magnétron. Nous privilégions cette méthode de dépôt, car il nous permet de préparer de façon reproductible un film photocatalytique de TiO 2 avec une rugosité sous-nm. Bien que les processus de dépôt par pulvérisation sont familiers aux spécialistes des matériaux et des ingénieurs en électronique, il peut ne pas être tout à fait accessible aux biologistes. Dans ce cas, TiO 2 film spin-enduit ser…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Authors thank Mr. Kotaro Okubo for the kind assistance with SEM imaging. This work was supported by the Japan Society for the Promotion of Science Grant-in-Aid for Basic Research (B) (20310069), Grant-in-Aid for Research Activity Start-up (25880021), and by research grants from the Kurata Memorial Hitachi Science and Technology Foundation and the Nippon Sheet Glass Foundation for Materials Science and Engineering.
Materials
| Glass coverslip | Warner Instruments | CS-15R15 | 15 mm, #1.5 thickness |
| Diamond scriber | Ogura Jewel Industry | D-Point Pen | |
| RF sputtering system | ANELVA | SPC350 | |
| TiO2 sputtering target | Kojundo Chemical Lab | Titanium (IV) oxide, target | Purity, 99.9% |
| Plasma reactor | Yamato | PR301 | |
| n-octadecyltrichlorosilane (OTS) |
Aldrich | 104817 | |
| Toluene | Wako | 204-01866 | |
| Tissue-culture dish (35 mm) | Greiner | 627160 | |
| Tissue-culture dish (60 mm) | BD Falcon | 353002 | |
| Type-IV collagen | Nitta Gelatin | Cellmatrix Type IV | |
| D-PBS | Gibco | 14190-144 | |
| Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM) | Gibco | 11885-084 | |
| Fetal bovine serum | Gibco | 12483-020 | Heat-inactivate and pass through a 0.22 mm filter before use |
| Horse serum | Gibco | 26050-088 | Pass through a 0.22 mm filter before use |
| Penicillin-streptomycin (100x) | Nacalai tesque | 26253-84 | |
| 7S nerve growth factor (NGF) | Alomone Labs | N-130 | |
| Bovine serum albumin (BSA) | Sigma | A2153 | |
| EDTA | Dojindo | N001 | Stock solution in 0.5 M |
| TiO2 nanoparticle | Tayca | TKD-701 |
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