Photopatterning proteine e cellule in acquosa ambiente utilizzando TiO<sub> 2</sub> Fotocatalisi
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
Contaminanti organici adsorbiti sulla superficie del biossido di titanio (TiO 2) possono essere decomposti da fotocatalisi sotto ultravioletta (UV). Qui si descrive l'impiego di TiO 2 fotocatalisi alterare localmente affinità cellule della superficie del substrato un nuovo protocollo. Per questo esperimento, un sottile TiO 2 film era sputtering rivestite su un vetrino di vetro, e la superficie TiO 2 è stato successivamente modificato con un monostrato silano organico derivato da octadecyltrichlorosilane (OTS), che inibisce l'adesione cellulare. Il campione è stato immerso in un mezzo di coltura cellulare, e concentrato luce UV è stata irradiata ad una regione ottagonale. Quando un neuronali PC12 linea cellulare sono state piastrate sul campione, cellule rispettati solo sulla zona UV-irradiati. Mostriamo inoltre che tale modificazione superficiale può essere eseguita anche in situ, cioè, anche quando le cellule crescono sul substrato. Modifica corretta della superficie necessaria una matrice extracellulare protein collagene di essere presente nel mezzo al momento della irradiazione UV. La tecnica qui presentata può potenzialmente essere impiegato in tipi di cellule patterning più per la costruzione di sistemi di co-coltura o di manipolare arbitrariamente cellule in coltura.
Introduction
Processi litografia di semiconduttori e suoi derivati - come fotolitografia 1,2, litografia a fascio elettronico 3-6, 7-10 e stampare microcontact – sono diventati uno strumento stabilito in biologia cellulare crescere cellule viventi in una posizione e geometria definita. Il metodo patterning si basa sull'utilizzo di substrati microfabbricati, costituito da micro-isola di cellule permissive rivestimento in uno sfondo non permissive. Tale substrato serve come modello per modello cellule. Queste tecnologie ci hanno fornito i nuovi metodi per progettare cellule e la loro funzione a livello singolo e multi-cellulari, per estrarre le proprietà intrinseche delle cellule, e per aumentare la produttività di base cellulare di screening farmaco 11.
Il grado di libertà in patterning cellula sarebbe aumentare notevolmente se la geometria motivo template potrebbe essere modificato in situ, cioè, mentre le cellule sono coltivate sulle surface. I metodi convenzionali per la formazione di pattern non possono essere applicati direttamente qui, dato che elaborano campioni in atmosfera o in vuoto. Sono stati proposti quindi varie nuove tecniche di modificazione superficiale, che si basano, per esempio, su composti fotoreattivi 12,13 o ablazione laser 5,14, solo per citarne alcuni. I metodi proposti sono stati ben recensito da Robertus et al. 15, e più recentemente da Choi et al. 16 e 17 Nakanishi.
Qui, in questo articolo, si descrive un nuovo protocollo di in-situ modifica della superficie, che si avvale di decomposizione fotocatalitica di molecole organiche su un biossido di titanio (TiO2) Superficie 18,19. In questo metodo, un film TiO 2 è inserito tra il substrato di vetro e la pellicola organica che interfaccia le cellule, e la pellicola organica viene decomposta in situ irradiando localmente ultravioletta (UV)luce per una regione di interesse (λ <388 nm). Abbiamo dimostrato che il nuovo protocollo può essere utilizzato per creare microdisegni di proteine della matrice extracellulare e le cellule viventi sia ex situ e in situ. TiO 2 è biocompatibile, chimicamente stabile, e otticamente trasparente, cui caratteristiche rende adatto ad introdurre in esperimenti di coltura cellulare. Questo protocollo fornisce una scienza dei materiali a base alternativa per modificare ponteggi coltura cellulare in ambiente coltura cellulare.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nel nostro attuale protocollo, TiO 2 film è stato formato da RF-magnetron sputtering. Favoriamo questo metodo di deposito in quanto ci permette di preparare in modo riproducibile un fotocatalitico TiO 2 film con una rugosità sub-nm. Anche se i processi di deposizione sputtering sono familiari a scienziati dei materiali e ingegneri elettronici, potrebbe non essere abbastanza accessibile per i biologi. In tal caso, TiO 2 film di spin-rivestite sarebbe una scelta alternativa 23.</sup…
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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