Cilt hücrelerinin fizyolojik ve patolojik özellikleri ile ilgili önemli bir parametredir. Biz tam alan ölçüm-in vitro nöron birim neurites ve dinamik yapıları nöronal artışa örtülü analizi için gerekli alt micrometric eksenel çözünürlük ile sağlayan bir floresan dışlama yöntemi açıklanmaktadır.
Birim nöronların farklı zaman ölçeklerde fizyolojik ve patolojik özellikleri ile ilgili önemli bir parametredir. Nöronlar oldukça benzersiz hücre ile ilgili onların genişletilmiş ramified türleri morfoloji ve sonuç olarak ses ölçüm için birkaç metodolojik sorunlar yükseltmek. Vitro nöron büyüme özel durumda seçilen metodoloji dakika zaman ölçekten saat veya gün için tam alanlı gözlem ile birlikte alt micrometric eksenel çözünürlük içermelidir. Confocal görüntüleme, elektrikle tabanlı ölçümleri veya Atomik kuvvet mikroskobu kullanarak hücre şekli yeniden yapılanma gibi diğer yöntemlerinden farklı olarak, son zamanlarda geliştirilen Floresans dışlama yöntemi (FXm) bu zorlukları karşılamak için potansiyele sahiptir. Ancak, onun ilke olarak basit olmasına rağmen birden fazla ayarlamaları ve adanmış bir metodoloji nöronlar için yüksek çözünürlüklü bir FXm uygulanması gerektirir. Burada Floresans dışlama, düşük-pürüzlülük çok bölmeleri mikrosıvısal aygıtlar ve nihayet yerel nöronal birim vitro ölçümleri elde etmek için micropatterning kombinasyonuna göre bir yöntem mevcut. Aygıt tarafından sağlanan yüksek çözünürlüklü nöronal işlemleri (neurites) yerel birim ve belirli bazı yapılar büyüme koniler (GCs) gibi nöronal büyüme dahil hacmi ölçmek izin verdi.
Hücresel biriminin kesin bilgi hücre boyutu homeostazı tek hücreli mikroorganizmalar 1 ve daha genel olarak Mitotik hücre 2‘ deki sayısında tarafından tahrik son yıllarda artış dikkat çekti. Ancak, hücre hacmi için nöronlar paradigmatik bir örnek teşkil da sonrası Mitotik hücreler için ilgili sorunu.
Gerçekten de farklı ölçekler ve zaman-Puan fizyolojik ve patolojik olayların önemli bir imza elektriksel aktivite (milisaniye ölçek) 3 ‘ e geri dönüşü ile ilişkili geçici aksonal deformasyon gelen nöronal hayatında birimdir nöronal nörodejeneratif hastalıklar (insanlarda yılda) 4, asemptomatik aşamasında meydana gelen şişlik. Ancak, gün veya hafta (bağlı olarak düşünülmüş organizma) nöronal büyüme sırasında bir ara zaman ölçeği içinde en büyük birim değişikliği oluşur. Nöronların uzun ve karmaşık morfolojisi arasında hangi katları sorunlara yol açtı hücre boyutu düzenlenmesi. Aksonal uzunluğu ve çapı gerçekten sıkı bir şekilde düzenlenmiş vivo içindeher nöronal tip 5,6için belirli değerleri vardır.
Vivo, adrese karmaşık bu sorunları da basitleştirilmiş bir şekilde ele alınması tüp bebek. Bu amaçla adanmış Birim ölçümü için hızlı bir yöntem yeterli büyüme dinamikleri (Yani bir zaman ölçeğinde dakika) ve uyumlu saatler veya günler içinde gözlem ile takip etmek gereklidir. Yılda bir hücresel birim içinde vitrodoğrudan veya dolaylı erişim sağlamak için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Hücre imar confocal görüntüleme üzerinden onlardan biri, ama bu yöntem yaklaşık 500 nm 7sınırlı Aksiyel çözünürlüğe gösterilen süre etiketleme ve tekrarlanan pozlama ışık anlamına gelir. Bu iki son sakıncaları kısmen kafes ışık sayfalık mikroskobu 8isimli daha sofistike ve son yöntemi tarafından üstesinden vardır unutmayın. Atomik kuvvet mikroskobu kullanılan 9 oldu ama bu tarama yöntemi tarafından yavaş ve sıkıcı özüdür. Ayrıca, fiziksel temas ile hücre gerektirir nöronlar 10aşırı yumuşaklığını dikkate alınarak ölçüm ile etkileşebilir. Empedans veya rezonans kullanarak dolaylı yöntem istihdam için 11farklı hücre türleri ama yetersiz yapışkanlı hücrelerin nöronlar gibi genişletilir.
En umut verici yöntemlerden birini hücreleri floresan bir boya ile dolu bir yakın odasında dışlanan hacmi ölçüsü temel alır. Floresans dışlama yöntemi (FXm) hiçbir etiketleme gerektirdiğinden, prensip olarak basittir ve hücre popülasyonlarının potansiyel olarak alt optik Aksiyel çözünürlüğü ile hızlı, uzun vadeli optik görüntüleme için uygundur. Gürültü çeşitli kaynaklardan bu nihai çözüm sınırlamak daha doğrusu, z çözünürlükte maksimum floresan yoğunluğu odasında kameranın dinamik alanı tarafından bölünmüş kültür (Yani bölgedeki hücreleri yoksun) bağlıdır. Bu yöntem çok güçlü geçirme yapışık hücreleri 12 hacmi takip etmek veya birim değişikliği sırasında mitoz iyice 13açıklandığı gibi memeli hücrelerinin çalışma olmuştur. Ancak, nöronlar için onların geniş yaklaşım alt micrometric süreçlerini göz önünde bulundurarak FXm metodolojik bir meydan okuma teşkil.
Burada düzgün FXm odaları imalatı için yüksek hassasiyetli birim ve nöronal dalları ve dinamik yapılar büyüme koni gibi nöronal büyüme dahil yüksekliği ile erişmek için önde gelen bir yöntem mevcut.
Chambers Aksiyel çözünürlük iyileştirmek amacıyla ölçmek için nesne daha benzer boyutlara sahip olmalıdır. Bu nedenle, biz üç farklı yükseklikte Merkezi ölçüm Odaları tarafından karakterize farklı FXm cihazlar tasarlanmıştır. En ince (3 µm) yüksekliği neurite ölçüm için adanmış: hangi çevre 15 µm yüksek orta odası içinde kalmak soma, bu düşük yükseklik dışlar. Daha kalın Merkezi chambers (10 ve 12 µm) bütün hücre büyüme takip için yeterince yüksek. Cihazın Ayrıca Merkezi odasının her iki tarafında bulunan iki rezervuarlar içerir. Dört enjeksiyon delik (ıh) böylece uygulanır ve aşağıdaki gibi belirlenir: diğer iki rezervuarlar besleme ise hücresel süspansiyonlar çipin tanıtmak için giriş ve çıkış hizmet.
İlk fabrikasyon kalibrasyon coverslips bilinen geometri fotorezist yapıları kullanarak yükseklik ölçüleri için var. Biz-sonra yansıma ücretsiz büyüyen nöronlar, ama aynı zamanda morfolojik kısıtlanmış nöronlar yapışma micropatterns.
Birim görüntüleme nöronların uzun ve ince uzantıları bu hücreler nedeniyle FXm tekniği için bir meydan okuma kabul ettiğiniz anlamına gelir. Bu iletişim kuralı aynı nöron görüntüleme için adanmış mikrosıvısal aygıt türü türevleri açıklar.
Mikrosıvısal tasarım yönleri, yanında objektif seçimi Floresans dışlama görüntüleme için esastır ve yanal çözünürlük ve görüntü netliği arasında bir denge anlamına gelir. 13 ‘ te odak derinliğe kadar Oda yüksekliği daha küçük önde gelen yüksek bir NA görüntüleme odak gerçekleştirdiyseniz ve ben nesnenin kontur arasında yeterli bir kenar boşluğu bırakıldığı takdirde birim ölçü duyarlık için zararlı olmadığını gösterilmiştir nterest ve entegrasyon yüzeyi sınırları. Ancak, odak derinliği yüksek bir odası kullanımı faiz nesnelerin kenarlarını foton difüzyon, hangi düzgünleştirir nedeniyle görüntü netliği bozar. 3 µm yüksek odası imalatı bu yanal bulanıklaştırma azaltılmış ve son derece iyi tanımlanmış floresan dışlama görüntüleri bile yüksek NA kullanarak sağlanan (0.8) 40 X hedefleri nöronal dalları yüksek yanal çözünürlük ile görselleştirmek için.
Montaj çip bir kritik adım, özellikle söz konusu olduğunda 3 µm yüksek chambers, ama dikkatli işleme 4.1.2 içinde açıklandığı gibi çatı çöküşü önler. Bu ince odalarına ilişkili hacim oranı yüksek yüzeye de zamanla Dextran konsantrasyon kararlılığını gündeme. Biz Dextran yüzey emilimini kuluçka bir geceden sonra önemsiz kontrol ettirin: PBS tarafından Dextran değiştirdikten sonra yoğunluk farkı ayağı ile arka plan arasında yaklaşık 1000 arasında ilk yoğunluğu kontrast başına 1 oldu Bu iki bölgenin Dextran huzurunda. Nöronların alt coverslip hem PDMS çatıda uygun unutmayın. Desenli coverslips (ne zaman PDMS odası içinde yapışkan molekülleri kuluçkaya değilYani ), kaplama olarak kullanarak bu nedenle kesinlikle odası dibinde yerelleştirildiğinde bu etkisi kaybolur.
Gerçeğini yöntemi, Yani dextran endositoz, büyük sınırlandırılması biridir çok sınırlı nedeniyle zorlu onların morfolojisi dışında nöronlar FXm için oldukça uygundur bu hücrelerde. Bir 10 seçtiğimiz kDa formülasyonu uzun bastırmak için aralığı (saat) herhangi görünür endositoz olayları.
Sonuç olarak, FXm kavramsal sadeliği bir dizi nanometric PDMS pürüzlülük ve micrometric odası yükseklik veya eşitsizlik için düzeltmek için arka plan düzeltme gibi mevcut protokolü tarafından çözüldüğünü deneysel sorununu tarafından dengelenir sütunlar arasında PDMS tavan. Ancak, floresan orta sınırlamak için yakın mikrosıvısal odası kullanımı birkaç belirli kısıtlamalar etkili yüzey hücre adezyon veya merkezden soma dışlamak için zorunluluk için kullanılabilir düşüren destek ayağı, ihtiyaç gibi verimleri odası nöronal uzantıları yüksek çözünürlüklü gözlem için erişilebilir hücre bölgelerinde kısıtlar en yüksek netlik ile gözlemlemek için. Bu yöntemin olası bir evrim optik bir tarafından değiştirilmesi bu fiziksel doğumdan kurtulmak olacaktır. Hafif levha mikroskobu yeni gelişme avantajlı FXm ile gelecekte birlikte.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar süreç geliştirme ve cihaz imalat değerli destek için ChiLab, malzeme ve Microsystems laboratuvar – Politecnico di Torino – DISAT, Prof. C F Pirri, Dr. M Cocuzza ve Dr. S L Marasso, bizzat kabul etmek istiyorum. Victor Racine Quantacell üzerinden tartışma ve görüntü işleme desteği için teşekkürler. GFP LifeAct fareler ile bize sağlamak için hayvan tesisin Institut Curie destekleri için fare ve Pablo Vargas ve Ana-Maria Lennon (Institut Curie) Isabelle Grandjean ve Manon Chartier için sana şükrediyoruz. Olivier Thouvenin Institut Langevin ve Clotilde Cadart, Larisa Venkova ve Matthieu Piels üzerinden Institut Curie – UMR 144, Floresans dışlama yöntemi anlamada yardım için minnettarız. Nihayet, Institut Pierre-Gilles de Gennes (CNRS UMS 3750) teknolojik platform desteklerinden dolayı microfabrication içinde teşekkür ederim. Bu eser Avrupa Araştırma Konseyi gelişmiş Grant No 321107 tarafından “Çello,” kısmen desteklenen PSL Université (SwithNeuroTrails Projesi), ANR Investissement d’Avenir ve IPGG Labex ve Equipex.
Equipments | |||
Plasmalab System 100 | Oxford Instruments | To perform DRIE | |
MJB4 mask aligner | SUSS MicroTec | SU-8 photolithography | |
NXQ 4006 Mask aligner | Neutronix Quintel | Photolithography associated to DRIE | |
Plasma cleaner | Diener Electronic | Pico PCCE | |
Cell culture hood | ADS Laminaire | Optimale 12 | |
Centrifuge | Thermo Fisher Scientific | Heraeus Multifuge X1R | |
Incubator 37 °C 5% CO2 | Panasonic | MCO-170AICUVH-PE IncuSafe CO2 Incubator | |
Epifluorescence microscope | Leica | DMi8 | |
PDMS Oven between 65 and 80 °C | Memmert | ||
Mechanical profilometer | Veeco | Dektak 6M Stylus Profiler | |
Optical profilometer | Veeco | Wyko NT9100 | |
Vacuum desiccator | Verrerie Villeurbanaise (Kartel Labware) | 230KAR | Diameter 200 mm |
Ultrasonic bath sonicator | Labo Moderne | SHE1000 | Volume of the bath: 0.8 liter |
Hotplate | Stuart SD162 | SD162 | |
Masks | |||
DRIE | Supplementary data | ||
Su8 Mask 1 | Supplementary data | ||
Su8 Mask 2 | Supplementary data | ||
Su8 Mask 3 | Supplementary data | ||
S1805 calibration stripes | Supplementary data | ||
Small laboratory equipment | |||
1.5 mm hole puncher | Sigma-Aldrich | 29002519 (US reference) | |
Scalpel or razor blade | |||
9" Stainless Steel Flat Spatula with Spoon | VWR International | 82027-532 | To demold PDMS |
Top Lip Wafer Handling | VWR International | 63042-096 | |
Curved tweezer | FST | Dumont #7 Forceps – Standard / Dumoxel | To manipulate glass coverslips |
Substrates | |||
Silicon wafer | Prolog Semicor Ltd | ||
24×24 mm glass coverslips | VWR | 631-0127 | |
Photoresists and developpers | |||
AZ 1518 positive photoresist | Microchemicals GmbH | Before DRIE process, thicknes 1.8 µm | |
AZ 351B developer | Microchemicals GmbH | To develop positive AZ 1518 photoresist | |
SU-8 2007 | MicroChem | ||
SU-8 2025 | MicroChem | ||
SU-8 2050 | MicroChem | ||
PGMA developer | Technic | To develop SU-8 negative photoresist | |
Microposit S1805 resist | Chimie Tech Services | Positive photoresist used to obtain 0.5µm high structures | |
MF 26A developer | Chimie Tech Services | To develop positive S1805 photoresist | |
Laboratory consumables | |||
Disposable plastic pipette 3 mL | LifeTechnologies – ThermoFisher | ||
P100 Petri dishes | TPP | 93100 | |
20 mL syringe | Terumo | SS+20ES1 | |
Transparent scotch tape | |||
Square wipes | VWR | 115-2148 | |
Parafilm | DUTSCHER | 90260 | Plastic paraffin film |
Chemicals | |||
(3-Methacryloxypropyl)trichlorosilane | abcr | AB 109004 | |
PDMS and curing agent Sylgard 184 | Sigma-Aldrich | 761036 | |
isopropanol | W292907 | ||
poly-ornithine | Sigma-Aldrich | P4957 – 50 mL | |
Ethanol absolute | Sigma-aldrich | 02865 | 99.8% |
3-methacryloxypropyl-trimethoxysilane | Sigma-aldrich | M6514-25ML | (C4H5O2)-(CH2)3- Si(OCH3)3 |
acetic acid | Sigma-aldrich | 71251-5ML-F | |
Dextran 10kW conjugated with Alexa488 | LifeTechnologies – ThermoFisher | D22910 | Absoprtion at 488 nm |
Dextran 10kW conjugated with Alexa647 | LifeTechnologies – ThermoFisher | D22914 | Absoprtion at 647 nm |
Culture medium | |||
MEM | LifeTechnologies – ThermoFisher | 21090-022 | |
Horse Serum | LifeTechnologies – ThermoFisher | 26050088 | |
B27 | LifeTechnologies – ThermoFisher | 12587-010 | |
Glutamax 200 mM | LifeTechnologies – ThermoFisher | 35050-061 | |
Sodium Pyruvate GIBCO 100 mM | LifeTechnologies – ThermoFisher | 11360-070 | |
Gentamicin | LifeTechnologies – ThermoFisher | 15710-049 | |
PBS | Sigma-Aldrich | D8537-500ML | |
HBSS 10x | LifeTechnologies – ThermoFisher | 14180-046 | |
Hepes 1M | LifeTechnologies – ThermoFisher | 15630-056 | |
trypsin-EDTA | Sigma-Aldrich | 59418C-100ML | |
Neurobasal | LifeTechnologies – ThermoFisher | 21103-049 | |
Neurobasal without phenol red | LifeTechnologies – ThermoFisher | 12348-017 | |
Softwares | |||
Routine in Matlab for background normalization | Quantacell | Contact Victor Racine: victor.racine@quantacell.com | |
ImageJ | To select specific ROI for image analysis | ||
Routine | ImageJ | Supplementary data | |
Routine | Matlab | Supplementary data |