TiOを使用して水性環境中のタンパク質や細胞を光パターニング<sub> 2</sub>光触媒
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
二酸化チタン（TiO 2）の表面に吸着した有機汚染物質は、紫外線（UV）光の下で光触媒により分解することができます。ここでは、局所的に、基板表面の細胞親和性を変化させるためにTiO 2の光触媒を採用した新たなプロトコルを記述します。この実験では、薄膜のTiO 2膜をスパッタコーティングしたカバーガラス上で、TiO 2の表面は、続いて、細胞接着を阻害オクタデシルトリクロロシラン（OTS）に由来するオルガノシラン単層で修飾しました。サンプルは、細胞培養培地中に浸漬し、UV光を八角形の領域に照射された焦点を合わせました。神経細胞株PC12細胞を試料上にプレーティングしたときに、細胞は、UV照射領域に接着しました。我々はさらに、細胞を基板上に成長している場合でも、この表面改質はまた、 例えば 、 その場で行うことができることを示しています。表面の適切な修飾は、細胞外マトリックスpを必要とUV照射時に培地中に存在することが、コラーゲンをrotein。ここに提示された技術は、潜在的に共培養システムを構築するか、任意の培養で細胞を操作するための複数の細胞型のパターン化に用いることができます。
Introduction
半導体リソグラフィプロセスおよびその誘導体- 、フォトリソグラフィ1,2、電子ビームリソグラフィ3-6、および7-10を印刷マイクロコンタクトとしては-今定義された位置と形状に生きた細胞を成長させるために、細胞生物学の確立ツールとなっています。パターニング方法は、非許容バックグラウンドでセル許容コーティングのミクロの島からなる、微細加工された基板の使用に依存しています。このような基板は、パターンセルをするためのテンプレートとして機能します。これらの技術は、私たちの細胞の本質的な特性を抽出すること、及び細胞ベースの薬物スクリーニング11のスループットを高めるために、単一および多細胞レベルでの細胞およびそれらの機能を設計するための新規な方法を提供しています。
テンプレートのパターン形状を、すなわち 、 その場で変更することができれば、細胞がS上で培養されながら、自由度のセルのパターニングでは大きく増加しますurface。これらは大気中または真空中でサンプルを処理するためのパターン形成のための従来の方法は、直接、ここでは適用できません。そのため、様々な新しい表面改質技術はちょうど少数を示すために、光反応性化合物12,13またはレーザーアブレーション5,14に、 例えば 、基になっている、提案されています。提案された方法はうまくチョイら 16と中西17によって、より最近になって。Robertusらによって 15を見直し、されています。
ここでは、この記事では、我々は、二酸化チタン上に有機分子の光触媒分解を利用していますin-situで表面修飾、（TiO 2の）表面18,19の新規のプロトコルを記述します。この方法では、TiO 2のフィルムは、ガラス基板と細胞膜の間に有機インターフェースに挿入され、有機膜が局部的に紫外線（UV）を照射することにより、その場で分解され関心領域（λ<388 nm）での光。新たなプロトコルは、細胞外マトリックスタンパク質および生細胞の両方の現場外のその場での微細パターンを作成するために使用できることを示します。 TiO 2は、細胞培養実験に導入することがフレンドリーになる特徴、そのうちの、生体適合性の化学的に安定し、光学的に透明です。このプロトコルは、細胞培養環境での細胞培養足場を修正するための材料科学ベースの代替手段を提供します。
Protocol
Representative Results
Discussion
我々の現在のプロトコルでは、TiO 2の膜は、RFマグネトロンスパッタ法により形成しました。それは、私たちは再現性のサブnmの粗さと光触媒の TiO 2膜を作製することができますので、我々は、堆積のこの方法を好みます。スパッタ成膜プロセスは材料科学者や電子技術者によく知られているが、それは生物学者に非常にアクセスできないことがあります。その場合には、スピ…
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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