Multiwell Rigidité Essai pour l'étude des réponses cellulaires Rigidité-dépendantes simple à base de polyacrylamide
Summary
Here, a method that enables quick, efficient, and inexpensive preparation of polyacrylamide gels in a multiwell plate format is described. The method does not require any specialized equipment and could be easily adopted by any research laboratory. It would be particularly useful in research focused on understanding stiffness-dependent cell responses.
Abstract
Currently, most of the in vitro cell research is performed on rigid tissue culture polystyrene (~1 GPa), while most cells in the body are attached to a matrix that is elastic and much softer (0.1 – 100 kPa). Since such stiffness mismatch greatly affects cell responses, there is a strong interest in developing hydrogel materials that span a wide range of stiffness to serve as cell substrates. Polyacrylamide gels, which are inexpensive and cover the stiffness range of all soft tissues in the body, are the hydrogel of choice for many research groups. However, polyacrylamide gel preparation is lengthy, tedious, and only suitable for small batches. Here, we describe an assay which by utilizing a permanent flexible plastic film as a structural support for the gels, enables the preparation of polyacrylamide gels in a multiwell plate format. The technique is faster, more efficient, and less costly than current methods and permits the preparation of gels of custom sizes not otherwise available. As it doesn’t require any specialized equipment, the method could be easily adopted by any research laboratory and would be particularly useful in research focused on understanding stiffness-dependent cell responses.
Introduction
La plupart des tissus dans le corps sont des matériaux visco-élastiques souples avec un module d'Young allant de 0,1 kPa pour le cerveau de 100 kPa pour cartilage souple, encore, la plupart de la recherche sur les cellules in vitro est réalisée sur du polystyrène pour culture de tissus (TCP) qui a un module d'environ 1 GPa . 1 Ce décalage de rigidité affecte grandement la façon dont les cellules répondent à leur environnement. Un nombre croissant d'études est ainsi dédiée à élucider l'effet de la rigidité du substrat sur le sort de divers types de cellules, le 2,3 y compris des cellules souches. 4 En conséquence, plusieurs hydrogels ont été développés pour aider à la compréhension de la cellule de rigidité dépendante biologie, y compris polyacrylamide (PA), 5-7 polyéthylène glycol (PEG), 8,9 (PDMS), 10 et 11 alginate. Bien que la preuve que la rigidité du substrat a un impact considérable sur le sort de la cellule est de plus en plus, la plupart des études sont menées sur une petite échelle avec un petit nombre de sexemples. Systématiques, études multidimensionnelles sur l'effet de la rigidité de substrat pour un éventail de types de cellules ou les conditions environnementales sont rares. 12
Plusieurs technologies d'hydrogel à haut débit prometteuses ont été développées, y compris les microréseaux à base de PEG, 13 des dispositifs microfluidiques pour la production de microbilles d'agarose d'hydrogel, 14 ou des micro et nano-tiges où la rigidité est modulée par le diamètre et la hauteur des microrods. 15 Cependant , les technologies de préparer ces substrats sont sophistiqués et disponibles pour nombre limité de laboratoires. Beaucoup de recherches impliquant rigidité modulée réponses cellulaires utilise polyacrylamide (AP) gels qui ne sont pas seulement bon marché et simple à mettre en œuvre, mais présentent également une gamme physiologiquement pertinente de module de Young, à savoir 0,3 -. 300 kPa 16-22 Cependant, les méthodes existantes pour fabriquer PA gels pour la culture cellulaire sont de main-d'œuvre et par conséquent prepARED en petits lots. Certaines des difficultés liées à la préparation de gels PA comme substrats de cellules souches de l'exigence que les gels doivent être préparé: 1) en l'absence d'oxygène pour permettre la polymérisation complète, 2) avec une surface plane et lisse pour permettre cellulaire uniforme l'attachement et la propagation, et 3) fixée en permanence au fond de la boîte de culture cellulaire pour empêcher flottante.
Plusieurs groupes ont tenté de produire des gels PA pour la culture cellulaire en grandes séries. Semler et al. Les feuilles épaisses préparées de gels PA qui ont ensuite été "coupée" avec une perforatrice et placés dans des plaques à 96 puits. 23 Cependant, cette méthode est limitée à des gels sévères, ce est à dire,> 1 kPa dans le module de Young, parce que plus doux gels sont "collante", difficile à couper, et facilement endommagé. Mih et al. A développé une technique plus sophistiquée qui permet aux gels d'être directement polymérisés dans une plaque à puits multiples à fond de verre. <sjusqu'à> 6 Ceci a été réalisé en versant les solutions de gel dans des plaques à fond de verre fonctionnalisés et former des gels par «sandwich» avec une gamme de lamelle personnalisé. 6 même si de légers effets très prometteurs, bord étaient encore observés avec cette technique. De plus, la technique nécessite un réseau conçu sur mesure pas immédiatement accessible à de nombreux laboratoires ainsi que des plaques à puits multiples à fond de verre coûteuses.
Cet article décrit un moyen simple et peu coûteux à assembler gels PA dans une plaque multi-puits qui pourrait être facilement adoptée par ne importe quel laboratoire. Ici, un support plastique flexible est utilisé, qui a deux côtés – un une hydrophobe, qui est répulsif pour gels PA, et un une hydrophile, qui se lie de manière covalente le gel PA lors du dépôt. Une fois les feuilles de gel PA sont déposés et permanente apposée sur le support plastique flexible, il permet une manipulation des gels de toute épaisseur ou la rigidité et les couper en toute forme souhaitée. Cette apprOach produit non seulement personnalisés "lamelles" en plastique de tailles pas autrement disponibles dans le commerce, mais évite également la nécessité de surfaces de verre-prétraiter, soit des lamelles de verre ou les puits de plaques à puits multiples à fond de verre coûteuses, avec une solution de liaison PA, qui est un fastidieux et une étape de temps. Enfin, feuilles de gels uniformes PA peuvent être préparés en grandes séries et stockés de-hydraté pendant plusieurs mois.
En résumé, l'analyse présentée ici est une amélioration par rapport aux méthodes existantes dans plusieurs aspects. Premièrement, le processus de montage de la plaque à puits multiples est efficace, et le coût total des matériaux requis est faible. Deuxièmement, les hydrogels sont produites en grandes quantités dans un film de gel homogène unique. Enfin, seuls des matériaux qui sont disponibles dans le commerce sont tenus. L'utilité de l'essai est illustré par la découverte de l'effet de la rigidité du substrat sur la morphologie cellulaire et la zone d'étalement.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les gels de polyacrylamide, initialement mis au point pour l'électrophorèse, 28 sont maintenant couramment utilisés comme substrats de culture cellulaire pour étudier les effets de la rigidité du substrat sur la morphologie cellulaire, la motilité et la communication 3,24,29 parmi d'autres caractéristiques de cellules. Polyacrylamide permet la manipulation de la rigidité du substrat pour englober la rigidité de l'ensemble des tissus mous dans le corps (0,3 à 300 kPa) ave…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was funded by start-up funds provided to Dr. Silviya Zustiak by Saint Louis University as well as by a President’s Research Fund (PRF) grant awarded to Dr. Silviya Zustiak by Saint Louis University. We thank Naveed Ahmed and Keval Shah for technical assistance.
Materials
| Reagents | |||
| 40% Acrylamide | Bio-Rad | 161-0140 | |
| 2% Bis-acrylamide | Bio-Rad | 161-0142 | |
| Ammonium Persulfate | Bio-Rad | 161-07000 | |
| TEMED | Sigma Aldrich | T9281 | |
| Sulfo-SANPAH | Thermo Scientific | 22589 | |
| Collagen Type 1, from Rat tail, 3.68 mg/mL | BD Biosciences | 354236 | |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Fisher Scientific | BP231-100 | |
| Hydrophobic solution – Repel Silane | GE Healthcare Bio-Sciences | 17-1332-01 | |
| PBS (1x), pH 7.4 | HyClone | SH30256.01 | |
| Polydimehylsiloxane (PDMS) [Slygard 182 Elastomer Kit] | Elsworth Adhesives | 3097358-1004 | |
| Tyrpsin/EDTA (10x) | Sigma Aldrich | 44174 | |
| RPMI-1640 Medium (1x) | HyClone | SH30027-02 | |
| Fetal Bovine Serum | HyClone | SH30073-03 | |
| Penicillin Streptomycin | MP Biomedicals | 1670046 | |
| Detergent – Triton-X | Sigma Aldrich | T8787 | |
| Formaldehyde 37% Solution | Sigma Aldrich | F1635 | |
| Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma Aldrich | A2153 | |
| BSA-based cell adhesion blocking kit – ECM Cell Adhesion Array Kit | Chemicon International | ECM540 | |
| Disposable lab equipment | |||
| flexible plastic support – GelBond PAG Film for Polyacrylamide Gels | GE Healthcare Bio-Sciences | 309819 | |
| Glass Plates | Slumpys | GBS4100SFSL | |
| 50 mL Conicals | Fisher Scinetific | 3181345107 | |
| 15 mL Conicals | FALCON | 352097 | |
| Micro centrifuge tubes | Fisher Scinetific | 2 mL: 02681258 | |
| 96-well plate (flat bottom) | Fisher Scinetific | 12565501 | |
| Disposable Pipettes (1 mL, 2mL, 5mL, 10mL, 25 mL, 50mL) | Fisher Scinetific | 1 mL: 13-678-11B, 2mL: 05214038, 5mL(FALCON): 357529, 10mL: 13-678-11E, 25mL: 13-678-11, 50mL: 13-678-11F | |
| Glass Transfer Pipettes | Fisher Scinetific | 5 3/4": 1367820A, 9":136786B | |
| Pipette Tips (1-200uL, 101-1000uL) | Fisher Scinetific | 2707509 | |
| Plastic Standard Disposable Transfer Pipettes | Fisher Scientific | 13-711-9D | |
| Parafilm | PARAFILM | PM992 | |
| Powder Free Examination Gloves | Quest | 92897 | |
| Silicone spacers – Silicone sheet, 0.5 mm thick/13 cm x 18 cm | Grace Bio-Labs | JTR-S-0.5 | |
| Large/non-disposable lab equipment | |||
| Light and Flourescent Microscope (Axiovert 200M) | Zeiss | 3820005619 | |
| Microscope Software | Zeiss | AxioVision Rel. 4.8.2 | |
| UV oven | UVITRON | UV1080 | |
| Vacuum chamber/degasser | BelArt | 999320237 | |
| Vacuum pump for degasser | KNF Lab | 5097482 | |
| Tissue Culture Hood | NUAIRE | NU-425-600 | |
| Chemical Fume Hood | KEWAUNEE | 99151 | |
| Inverted Microscope (Axiovert 25) | Zeiss | 663526 | |
| Incubator | NUAIRE | NU-8500 | |
| Pipette Aid | Drummond Scientific Co. | P-76864 | |
| Hemacytometer | Bright-Line | 383684 |
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