Photopatterning proteínas y células en el medio ambiente acuoso Usando TiO<sub> 2</sub> Fotocatálisis
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
Los contaminantes orgánicos adsorbidos en la superficie de dióxido de titanio (TiO 2) se pueden descomponer mediante fotocatálisis bajo radiación ultravioleta (UV). Aquí se describe un nuevo protocolo que emplea la fotocatálisis TiO2 para alterar localmente afinidad de células de la superficie del sustrato. Para este experimento, una delgada película de TiO 2 fue revestido por bombardeo iónico sobre un cubreobjetos de vidrio, y la superficie de TiO 2 fue posteriormente modificado con una monocapa de organosilano derivado de octadecyltrichlorosilane (OTS), que inhibe la adhesión celular. La muestra se sumerge en un medio de cultivo celular, y se centró la luz UV se irradió a una región octogonal. Cuando un neuronales células PC12 línea celular se sembraron en la muestra, células adheridas sólo en la zona UV-irradiado. Además, muestran que esta modificación de la superficie también se puede realizar in situ, es decir, incluso cuando las células están creciendo en el sustrato. Modificación adecuada de la superficie requiere una matriz extracelular protein colágeno para estar presente en el medio en el momento de la irradiación UV. La técnica que aquí se presenta potencialmente se puede emplear en múltiples tipos de células de modelado para la construcción de sistemas de cocultivo o manipular arbitrariamente células en cultivo.
Introduction
Procesos de litografía de semiconductores y sus derivados – tales como 1,2 fotolitografía, la litografía por haz de electrones 3-6, y microcontacto impresión 7.10 – se han convertido en una herramienta establecida en la biología celular a crecer las células vivas en una posición y geometría definida. El método del patrón se basa en el uso de sustratos microfabricados, que consta de micro-isla de recubrimiento permisiva celular en un fondo no permisiva. Tal sustrato sirve como una plantilla para patrón de las células. Estas tecnologías nos han proporcionado los nuevos métodos para diseñar las células y su función en un nivel de una o varias celular, para extraer las propiedades intrínsecas de las células, y para aumentar el rendimiento de cribado de fármacos basado en células 11.
El grado de libertad en la morfogénesis celular aumentaría enormemente si la geometría patrón de plantilla podría ser alterado in situ, es decir, mientras que las células se cultivan sobre los sTu cara. Los métodos convencionales para la formación de patrones no pueden aplicarse directamente aquí, ya que procesan muestras en la atmósfera o en el vacío. Por lo tanto se han propuesto diversas técnicas nuevas modificación de la superficie, que se basan, por ejemplo, en compuestos fotorreactivos 12,13 5,14 o ablación con láser, sólo para nombrar unos pocos. Los métodos propuestos han sido muy bien revisado por Robertus et al. 15, y más recientemente por Choi et al. 16 y 17 por Nakanishi.
Aquí en este artículo, se describe un nuevo protocolo de modificación in situ de la superficie, que se aprovecha de la descomposición fotocatalítica de moléculas orgánicas en un dióxido de titanio (TiO2) Superficie 18,19. En este método, se inserta una película de TiO 2 entre el sustrato de vidrio y la película orgánica que interconecta las células, y la película orgánica se descompone in situ por localmente irradiar luz ultravioleta (UV)luz para una región de interés (λ <388 nm). Se demuestra que el nuevo protocolo se puede utilizar para crear micropatrones de proteínas de matriz extracelular y células vivas tanto ex situ como in situ. TiO2 es biocompatible, químicamente estable y ópticamente transparente, características de lo que lo hace amigable para introducir en los experimentos de cultivo celular. Este protocolo proporciona una alternativa de ciencia de los materiales de base para la modificación de los andamios de cultivo celular en medio de cultivo celular.
Protocol
Representative Results
Discussion
En nuestro protocolo actual, TiO2 película fue formada por pulverización catódica RF-magnetrón. Estamos a favor de este método de deposición, ya que nos permite preparar de manera reproducible una fotocatalítica de TiO2 película con una rugosidad sub-nm. Aunque los procesos de deposición por pulverización catódica son familiares para los científicos de materiales e ingenieros electrónicos, puede que no sea bastante accesible para los biólogos. En ese caso, TiO 2 película s…
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 |
References
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