Creación de degradados adhesivas y soluble para la migración celular con imágenes de microscopía de fluorescencia
Summary
Un método para el montaje de gradientes adhesivas y soluble en una cámara de microscopía para estudios en vivo de células de migración se describe. El entorno de ingeniería combina superficies antiincrustantes y pistas adhesivas con gradientes de solución y por lo tanto permite determinar la importancia relativa de las señales de orientación.
Abstract
Las células se pueden detectar y migrar hacia mayores concentraciones de señales adhesivas tales como las glicoproteínas de la matriz extracelular y señales solubles tales como factores de crecimiento. Aquí, describimos un método para crear gradientes opuestos de señales adhesivas y soluble en una cámara de microfluidos, que es compatible con imágenes de células vivas. Un copolímero de poli-L-lisina y polietilenglicol (PEG-PLL) se emplea para pasivar cubreobjetos de vidrio y evitar la adsorción no específica de biomoléculas y células. Siguiente impresión, por microcontacto o inmersión litografía pluma se utilizan para crear pistas de estreptavidina en las superficies pasivadas para servir como puntos de anclaje para el péptido biotinilado arginina-glicina-ácido aspártico (RGD) como la señal adhesivo. Un dispositivo microfluídico se coloca sobre la superficie modificada y utilizada para crear el gradiente de las señales de adhesivo (100% RGD a 0% RGD) en las pistas de estreptavidina. Por último, el dispositivo de microfluidos mismo se utiliza para crear un gradiente de un éxito quimioatrayenteh como suero bovino fetal (FBS), como la señal soluble en la dirección opuesta de la pendiente de las señales adhesivas.
Introduction
La migración dirigida de células es una propiedad fundamental de muchas células y es un aspecto clave de muchos procesos fisiológicos normales, como el desarrollo embrionario, la defensa contra la infección y la cicatrización de heridas. Además, la migración celular también juega un papel importante en muchas enfermedades tales como enfermedad vascular, metástasis de células tumorales y 1,2 inflamación crónica. Mientras que los estados clásicos de la migración celular – polarización, de extensión saliente, formación de adhesión, la generación de la fuerza y la retracción posterior – 3,4 son generalmente aceptados, la elucidación de los mecanismos espaciotemporales por el cual coordina la señal de integración ha sido más difícil.
La matriz extracelular (ECM) sirve como sustrato para la adhesión celular, y por medio de química inherente 5 y 6 diversidad física, proporciona indicaciones direccionales para células de navegación 7,8. Además de estas señales de adhesivo 9, factores solubles 10-12 </ Sup> tales como quimiocinas y factores de crecimiento puede inducir la migración dirigida de células a través de receptores quimioatrayentes y su señalización aguas abajo motogénica. Actualmente, no se sabe si el compromiso y la señalización a través de receptores de adhesión (es decir, integrinas) o receptores quimioatrayentes, tales como receptores tirosina quinasa (RTK), son dominantes. Tampoco se sabe si las jerarquías de sistemas receptores son específicos del tipo celular.
Microscopia de células vivas da una gran cantidad de información que no es accesible en ensayos a granel y se pueden combinar con dispositivos de microfluidos para generar gradientes inmovilizados señales de 13,14 y soluble 15 16. El método aquí descrito utiliza una serie de pasos simples y establecidos para la modificación superficial en conjunción con una cámara de microfluidos disponible comercialmente para crear un ensayo de formación de imágenes para la migración celular que se puede implementar fácilmente en un laboratorio de biología celular (Figura 1). El ensambladodispositivo microfluídico tiene cualidades ópticas que sean comparables al vidrio 17 y los gradientes de moléculas difusibles son estables durante al menos 16 h. El sistema puede ser utilizado para las técnicas de microscopía de epifluorescencia y avanzada. A diferencia de otras configuraciones de quimiotaxis de 18, este sistema es adecuado para la grabación lentamente migración, las células adherentes. Es importante destacar que el sistema es modular y permite fácilmente la introducción de adhesivo alternativa o señales solubles migración y el examen de diversos tipos de células.
Protocol
Representative Results
Discussion
En este protocolo, se utiliza un dispositivo de microfluidos disponible comercialmente (pegajoso-Slide 3D quimiotactismo de ibidi) para estudiar los efectos de las superficies modificadas químicamente y gradientes quimiotácticos sobre la migración celular. Esta configuración no requiere microfluídico de flujo porque el gradiente se establece por difusión a lo largo de la longitud del canal. Esto es importante porque el flujo podrían afectar diferencialmente a células que migran lentamente, tales…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores agradecen la financiación del Consejo Australiano de Investigación y Nacional de Salud y Consejo de Investigación Médica de Australia y también agradecer a la Nacional Australiana para la instalación de fabricación de SU-8 maestro para la impresión por microcontacto. SHN con el apoyo del Ministerio de Educación Superior y la Universidad Sains Malasia Malasia.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalogue Number | Comments |
| Coverglass staining outfits | Thomas Scientific | 8542 E40 | Coverslip rack |
| Oven | Binder | ED 53 series | |
| Silicon wafer | Silicon Quest | 708-007 | Boron doped <100> wafer, 4″ diameter, 500 μm, single side polished |
| GM1070 SU-8 photoresist | Gersteltec Sarl | ||
| SU-8 developer | Gersteltec Sarl | ||
| Sylgard 184 curing agent | Dow Corning | ||
| Sylgard 184 elastomer prepolymer | Dow Corning | ||
| PLL-PEG-biotin (20%) | SuSos AG | PLL(20)-g[3.5]-PEG(2)/PEG(3.4)-Biotin (20%) | 1 mg/ml in PBS |
| Fluorescein | Sigma | 46955 | 1 mM in PBS |
| Streptavidin-AlexaFluor350 | Invitrogen | S-11249 | 1 mg/ml in PBS |
| Biotin-4-fluorescein | Invitrogen | B-1370 | 0.03 μg/μl in PBS |
| Biotin-RGD | GenScript | SC1208 | 0.03 mg/ml in PBS |
| Syto 64 Red | Invitrogen | S-11346 | 1 μM in PBS |
| Sticky slide chemotaxis 3D | Ibidi | 80328 | |
| 200 μl Greiner yellow bevelled tip | Greiner Bio-One | 739261 | |
| Vaseline | Sigma | 16415 | |
| Paraffin wax, mp 55-57 °C | Sigma | 327204 | |
| Nano eNabler 10 μm cantilever | BioForce | SPT-S-C-10s | |
| Image J software | National Institute of Health | rsbweb.nih.gov/ij/download.html | |
| Manual Tracking plugin | Fabrice Cordelières | rsb.info.nih.gov/ij/plugins/track/track.html | |
| Chemotaxis and Migration Tool | Ibidi GmbH | www.ibidi.com/applications/ap_chemotaxis.html |
References
- Pulsipher, A., Yousaf, M. N. Surface Chemistry and Cell Biological Tools for the Analysis of Cell Adhesion and Migration. Chem. BioChem. 11, 745-753 (2010).
- Hall, A. The cytoskeleton and cancer. Cancer Metastasis Reviews. 28, 5-14 (2009).
- Parsons, J. T., Horwitz, A. R., Schwartz, M. A. Cell adhesion: integrating cytoskeletal dynamics and cellular tension. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 11, 633-643 (2010).
- Geiger, B., Spatz, J. P., Bershadsky, A. D. Environmental sensing through focal adhesions. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 10, 21-33 (2009).
- Roussos, E. T., Condeelis, J. S., Patsialou, A. Chemotaxis in cancer. Nature Reviews Cancer. 11, 573-587 (2011).
- Petrie, R. J., Doyle, A. D., Yamada, K. M. Random versus directionally persistent cell migration. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 10, 538-549 (2009).
- Geiger, B., Yamada, K. M. Molecular architecture and function of matrix adhesions. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 3, (2011).
- Ngalim, S. H., Magenau, A., Saux, G. L. e., Gooding, J. J., Gaus, K. How do cells make decisions: engineering micro- and nanoenvironments for cell migration. Journal of Oncology. 2010, 363106 (2010).
- Roy, D. C., Wilke-Mounts, S. J., Hocking, D. C. Chimeric fibronectin matrix mimetic as a functional growth- and migration-promoting adhesive substrate. Biomaterials. 32, 2077-2087 (2011).
- Jin, T., Xu, X., Hereld, D. Chemotaxis, chemokine receptors and human disease. Cytokine. 44, 1-8 (2008).
- Xu, X., Jin, T. Imaging G-protein Coupled Receptor (GPCR)-mediated Signaling Events that Control Chemotaxis of Dictyostelium Discoideum. J. Vis. Exp. (55), e3128 (2011).
- Chung, B. G., et al. A Gradient-generating Microfluidic Device for Cell Biology. J. Vis. Exp. (7), e271 (2007).
- Rhoads, D. S., Guan, J. L. Analysis of directional cell migration on defined FN gradients: role of intracellular signaling molecules. Exp. Cell Res. 313, 3859-3867 (2007).
- Park, J., et al. Simple haptotactic gradient generation within a triangular microfluidic channel. Lab on a Chip. 10, 2130-2138 (2010).
- Li Jeon, N., et al. Neutrophil chemotaxis in linear and complex gradients of interleukin-8 formed in a microfabricated device. Nat. Biotech. 20, 826-830 (2002).
- Joanne Wang, C., et al. A microfluidics-based turning assay reveals complex growth cone responses to integrated gradients of substrate-bound ECM molecules and diffusible guidance cues. Lab on a Chip. 8, 227-237 (2008).
- Pujic, Z., Mortimer, D., Feldner, J., Goodhill, G. J. Assays for eukaryotic cell chemotaxis. Combinatorial Chemistry & High Throughput Screening. 12, 580-588 (2009).
- Thery, M., Piel, M. Adhesive micropatterns for cells: a microcontact printing protocol. Cold Spring Harbor protocols. 2009, pdb prot5255 (2009).
- Shen, K., Qi, J., Kam, L. C. Microcontact Printing of Proteins for Cell Biology. J. Vis. Exp. (22), e1065 (2008).
- Shin, Y., et al. Microfluidic assay for simultaneous culture of multiple cell types on surfaces or within hydrogels. Nat. Protocols. 7, 1247-1259 (2012).
- Qin, D., Xia, Y., Whitesides, G. M. Soft lithography for micro- and nanoscale patterning. Nat. Protocols. 5, 491-502 (2010).
- Huang, Y., Agrawal, B., Sun, D., Kuo, J. S., Williams, J. C. Microfluidics-based devices: New tools for studying cancer and cancer stem cell migration. Biomicrofluidics. 5, 13412 (2011).
- Hillborg, H., et al. Crosslinked polydimethylsiloxane exposed to oxygen plasma studied by neutron reflectometry and other surface specific techniques. Polymer. 41 (00), 6851-6863 (2000).
- Liu, L., Ratner, B. D., Sage, E. H., Jiang, S. Endothelial Cell Migration on Surface-Density Gradients of Fibronectin, VEGF, or Both Proteins. Langmuir. 23, 11168-11173 (2007).
- Friedl, P., Wolf, K. Plasticity of cell migration: a multiscale tuning model. The Journal of Cell Biology. 188, 11-19 (2010).
- Moazzam, F., DeLano, F. A., Zweifach, B. W., Schmid-Schönbein, G. W. The leukocyte response to fluid. Proceedings of the National Academy of Sciences. 94, 5338-5343 (1997).
- Walker, G. M., et al. Effects of flow and diffusion on chemotaxis studies in a microfabricated gradient generator. Lab on a Chip. 5, 611-618 (2005).
- Perl, A., Reinhoudt, D. N., Huskens, J. Microcontact Printing: Limitations and Achievements. Adv. Mater. 21, 2257-2268 (2009).
- Salaita, K., Wang, Y., Mirkin, C. A. Applications of dip-pen nanolithography. Nat. Nano. 2, 145-155 (2007).
- Wouters, D., Schubert, U. S. Nanolithography and nanochemistry: probe-related patterning techniques and chemical modification for nanometer-sized devices. Angewandte Chemie (International ed. in English). 43, 2480-2495 (2004).
- Xia, N., et al. Directional control of cell motility through focal adhesion positioning and spatial control of Rac activation. FASEB J. 22, 1649-1659 (2008).
- Oakes, P. W., Beckham, Y., Stricker, J., Gardel, M. L. Tension is required but not sufficient for focal adhesion maturation without a stress fiber template. The Journal of Cell Biology. 196, 363-374 (2012).
