Mesure de la compressibilité de la cellule et du noyau basée sur un microdispositif acoustofluidique
Summary
Ici, un protocole est présenté pour construire un système rapide et non destructif de mesure de la compressibilité des cellules ou des noyaux basé sur un microdispositif acoustofluidique. Les modifications des propriétés mécaniques des cellules tumorales après une transition épithéliale-mésenchymateuse ou des rayonnements ionisants ont été étudiées, démontrant les perspectives d’application de cette méthode dans la recherche scientifique et la pratique clinique.
Abstract
La mécanique cellulaire joue un rôle important dans les métastases tumorales, la transformation maligne des cellules et la radiosensibilité. Au cours de ces processus, l’étude des propriétés mécaniques des cellules est souvent difficile. Les méthodes de mesure conventionnelles basées sur le contact, telles que la compression ou l’étirement, sont susceptibles de causer des dommages cellulaires, affectant la précision de la mesure et la culture cellulaire ultérieure. Les mesures à l’état adhérent peuvent également affecter la précision, en particulier après l’irradiation, car les rayonnements ionisants aplatiront les cellules et amélioreront l’adhésion. Ici, un système de mesure de la mécanique cellulaire basé sur la méthode acoustofluidique a été développé. La compressibilité de la cellule peut être obtenue en enregistrant la trajectoire du mouvement de la cellule sous l’action de la force acoustique, ce qui permet de réaliser une mesure rapide et non destructive à l’état suspendu. Cet article décrit en détail les protocoles de conception de puces, de préparation des échantillons, d’enregistrement de trajectoire, d’extraction et d’analyse des paramètres. La compressibilité de différents types de cellules tumorales a été mesurée sur la base de cette méthode. La mesure de la compressibilité du noyau a également été réalisée en ajustant la fréquence de résonance de la céramique piézoélectrique et la largeur du microcanal. Combiné à la vérification au niveau moléculaire des expériences d’immunofluorescence, la compressibilité cellulaire avant et après la transition épithéliale à mésenchymateuse induite par le médicament (EMT) a été comparée. En outre, le changement de compressibilité cellulaire après l’irradiation aux rayons X avec différentes doses a été révélé. La méthode de mesure de la mécanique cellulaire proposée dans cet article est universelle et flexible et a de larges perspectives d’application dans la recherche scientifique et la pratique clinique.
Introduction
Les propriétés mécaniques cellulaires jouent un rôle important dans les métastases tumorales, la transformation maligne des cellules et la radiosensibilité 1,2. Pour acquérir une compréhension approfondie du rôle des propriétés mécaniques cellulaires dans le processus ci-dessus, une mesure précise de la mécanique cellulaire est essentielle, et la mesure ne doit pas endommager les cellules pour une culture et une analyse ultérieures. Le processus de mesure doit être aussi rapide que possible, sinon la viabilité cellulaire peut être affectée si les cellules sont retirées de l’environnement de culture pendant une longue période.
Les méthodes de mesure existantes de la mécanique cellulaire font face à certaines limites. Certaines méthodes, telles que la cytométrie par torsion magnétique, les pinces magnétiques et la microrhéologie de suivi des particules, causent des dommages cellulaires en raison de l’introduction de particules dans les cellules 3,4,5. Les méthodes de mesure par contact avec des cellules, telles que le microscope à force atomique (AFM), l’aspiration par micropipette, la microconstriction et la technique à plaques parallèles, sont également sujettes aux dommages cellulaires et le débit est difficile à augmenter 6,7,8. De plus, les rayonnements ionisants vont aplatir les cellules et augmenter leur adhérence9 ; Il est donc nécessaire de mesurer la mécanique des cellules entières en suspension.
En réponse aux défis ci-dessus, un système de mesure de la mécanique cellulaire basé sur la méthode acoustofluidique 10,11,12,13,14 a été développé. La largeur du canal est adaptée à la demi-longueur d’onde acoustique, créant ainsi un nœud d’onde stationnaire à la ligne médiane du microcanal. Sous l’action de la force de rayonnement acoustique, les cellules ou les billes standard peuvent se déplacer vers le nœud de pression acoustique. Comme les propriétés physiques des billes standard (taille, densité et compressibilité) sont connues, la densité d’énergie acoustique peut être déterminée. Ensuite, la compressibilité cellulaire peut être obtenue en enregistrant les trajectoires de mouvement des cellules dans le champ acoustique. Une mesure non destructive à haut débit des cellules en suspension peut être réalisée. Cet article présentera la conception de la puce microfluidique, la mise en place du système et les étapes de mesure. La mesure de différents types de cellules tumorales a été effectuée pour vérifier la précision de la méthode. Le champ d’application de cette méthode avait été étendu aux structures subcellulaires (telles que le noyau) en ajustant la fréquence de résonance de la céramique piézoélectrique et la largeur du microcanal. En outre, les changements dans la compressibilité cellulaire après l’EMT induite par le médicament ou l’irradiation aux rayons X avec différentes doses ont été étudiés. Les résultats démontrent la large applicabilité de cette méthode en tant qu’outil puissant pour étudier la corrélation entre les changements biochimiques et les propriétés mécaniques cellulaires.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les méthodes de mesure de la mécanique cellulaire couramment utilisées sont l’AFM, l’aspiration par micropipette, les méthodes microfluidiques, la technique des plaques parallèles, les pinces optiques, les civières optiques et les méthodes acoustiques20. Les méthodes microfluidiques peuvent fonctionner avec trois approches : la micro-constriction, l’écoulement d’extension et l’écoulement de cisaillement. Parmi eux, les civières optiques, les pincettes optiques, les méthodes a…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette étude a été soutenue par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (numéros de subvention 12075330 et U1932165) et la Fondation des sciences naturelles de la province du Guangdong, Chine (numéro de subvention 2020A1515010270).
Materials
| 0.25% trypsin(1x) | GIBCO | 15050-065 | |
| 502 glue | Evo-bond | cyanoacrylate glue | |
| A549 | ATCC | CCL-185 | lung adenocarcinoma |
| Cytonucleoprotein and cytoplasmic protein extraction kit | Beyotime | P0027 | Contains cytoplasmic protein extraction reagents A and B |
| Dulbecco’s modified Eagle medium (DMEM) | corning | 10-013-CVRC | |
| Fetal Bovine Srum(FBS) | AUSGENEX | FBS500-S | |
| HCT116 | ATCC | CCL247 | colorectal carcinoma |
| Heat-resistant glass | Pyrex | ||
| Leibovitz’s L-15 medium | GIBCO | 11415-064 | |
| MCF-7 | ATCC | HTB-22 | breast Adenocarcinoma |
| MDA-MB-231 | ATCC | HTB-26 | breast Adenocarcinoma |
| Minimum Essential Medium (MEM) | corning | 10-010-CV | |
| Penicillin-Streptomycin | GIBCO | 15140-122 | |
| Phosphate buffer | corning | 21-040-cvc | |
| PMSF | Beyotime | ST506 | 100mM |
| Polybead Polystyrene Red Dyed Microsphere | polysciences | 15714 | The diameter of microshpere is 6.00µm |
| propidium iodide(PI) | Sigma-Aldrich | P4170 | |
| SYLGARD 184Silicone ELASTOMER | Dow-Corning | 1673921 | Contains prepolymers and curing agents |
| Trypan Blue | Beyotime | C0011 |
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