トラクション力顕微鏡用の細胞培養表面近くのローカライズレポーター蛍光ビーズのための新しい方法
Summary
蛍光プローブを含有するポリアクリルアミド（PA）ゲルを製造するための伝統的な技術は、接着面とスライドガラスの間にゲルを挟むことを含む。ここでは、ポリ-D-リジン（PDL）および蛍光プローブを用いたこのスライドを被覆するゲル表面から1.6ミクロン以内のプローブを局在化することを示している。
Abstract
PAゲルは長い製作、チューニング、その弾性特性をする能力の容易さに起因する細胞牽引力を研究するためのプラットフォームとして使用されてきた。基質は細胞外マトリックスタンパク質でコーティングされたとき、細胞がゲルに付着し、ゲルを変形させる、力を加える。変形は、細胞牽引力とゲルの弾性特性に依存します。表面の変形場が既知の場合、表面牽引弾性理論を用いて計算することができる。ゲルの変形は、一般的にゲル中に均一に蛍光マーカービーズを埋め込むことによって測定される。プローブは、ゲルが変形として変位する。ゲルの表面近くでプローブが追跡されます。これらのプローブによって報告変位が表面変位と見なされる。表面からの彼らの深さは無視されます。この仮定は、牽引力評価に誤差が導入されています。ビーズの位置が知られるために、細胞の力の正確な測定のためには重要である。私たちは、開発した表面の1.6μmの範囲内、PAゲル中で、直径が0.1〜1μmのを蛍光マーカービーズを閉じ込めるために、単純な化学的性質を利用した技術。私たちはコートポリ-D-リジン（PDL）とカバーガラスと蛍光ビーズ。 PAゲル溶液を次にカバースリップと付着面の間に挟まれている。蛍光ビーズは、硬化中にゲル溶液を移す。重合後、PAゲルは、ゲル表面に近い面上に蛍光ビーズが含まれています。
Introduction
その局所環境との生体細胞の機械的相互作用は、一般的にPAゲルを用いて研究されている。これらの基板は、これらの基質の主な利点の1つは1997年にDemboおよびWangによって確立単純な、十分に特徴付けられたプロトコルに依存して、その剛性がゲル溶液の特定の成分の濃度を変更することによって調整することができるということである。これは、異なる剛性の環境と細胞の相互作用を研究するのが望ましいのプラットフォームを提供します。 PAゲルを、細胞外マトリックス（ECM）タンパク質で被覆されている場合には、細胞が力を発生させる、それらに付着する。細胞力の結果として、ゲルは、弾性体として変形する。この変形は、細胞およびゲルの弾性特性によって印加される力の大きさに依存する。さまざまな研究は、細胞の牽引力を調査するためにPAゲルを採用している。
PAゲル製造の一変形例では、蛍光ミクロスフェア（ビーズ）tで埋め込まれている異なる剛性2のゲル上の細胞牽引力を定量化するためにゲルをhroughout。細胞力を印加すると、ビーズは、ゲル変形に追従し、その初期の場所から移動さ。変形場は、個別のビーズの変位から測定される。この変形場は、弾性理論と牽引力を計算するために、ゲルの弾性特性を用いて利用される。これらの測定は、細胞が機械的に感知し、それらの局所微小環境3と対話する方法についての洞察を提供しています。
多くの広く使用されているPAゲルの製造のプロトコルでは、ビーズはその液体、未重合状態のPAゲル全体に混在している。完全に重合のPAゲルは、その体積全体蛍光ビーズが含まれています。細胞の牽引力を計算するときに、ゲル表面（細胞 – 基板界面）付近の最もビーズが監視される。これらのビーズの変位は、力で簡単にするために、細胞培養表面上で起こると仮定されるcalculationは。ゲルの深さの中のビーズの実際の位置は無視されます。しかし、弾性媒質中（例えば、PAゲルなど）、力の作用点に近いビードが遠くにポイントからであるビード以上に移動します。このように、携帯トラクションの過小評価における表面の結果で、そのような面から遠位（ビーズの位置で）点の変位を処理する。誤差の程度は、表面からのビーズの距離に依存する。エラーは、ビーズの位置についての知識なしに推定することができない。
非常に細胞培養表面の近くでビーズを閉じ込めるための単純な方法の必要性は、いくつかの技術により対処されてきた。一つの方法は、非常に表面近傍の動きを測定するための上部焦点面内のビーズの十分な数があるようにゲル全体を通してビーズの密度を増加させることである。別の技術は、光のことを生細胞イメージングのための共焦点撮像チャンバーを構築することを含む最上部の焦点面での唯一のビーズは4収集されます。別の方法は、ビーズ5せずに、既に重合したゲルの上にビーズを含有するPAゲルの非常に薄い層を重ねることを含む。これらの技術のそれぞれの欠点は、ゲル内のビーズの正確な位置が分からないことである。これは、ビーズの変位場、したがって、細胞力の計算の計算に誤差が導入されています。別の技術は、スルホ-SANPAH 6を用いて既に重合PAゲルの上面にビーズの結合を伴う。この手法は、ビーズのみPAゲルの上に実際にいることを保証するが、それらはゲルの深さに埋め込まれている程度は不明である。従来の研究では、細胞が数ミクロン離れて7の力を感じることができることを示唆しているので、これは潜在的に、細胞の挙動を変化させることができ、細胞のためのローカルな地形を作成することができます。最近では、直径1μmfにPAゲルをパターニングするための技術正則配列内luorescentフィブロネクチンドットマーカーは、8を設立しました。この場合、蛍光マーカーの深さが知られており、フィブロネクチンパターンが間接的にゲル表面に印刷されるように、本質的にゼロである。 ECMタンパク質は、直径1μmドットに制限されているようしかし、この方法では、細胞が付着できる上に連続的な環境を提供していません。完全に極めて表面近くに既知の場所にPAゲル内トラッカービーズを統合し、それらを閉じ込めるための方法は未だ確立されなければならない。
ここでは、非常にPAゲル内の細胞培養表面の近くに焦点面にミクロン径蛍光ビーズ、サブミクロンを制限する技術を開発する。ゲルは、典型的には、2枚のガラス板の間に未重合液体ゲル溶液を挟んで硬化される。ゲルは強く、それに付着するようにプレートの一つは、官能化されている。他の非官能化し、ゲルが硬化した後に除去される。私たちは、この取り外し可能なガラスのsuを変更ビーズの層で被覆することによりデータポート。官能化及びビーズコーティングされたガラス表面との間に液体ゲルを挟む際に、ゲルビーズへの転送は、それが硬化される。これは、表面の1.6μmの範囲内にゲルにビーズ「統合の距離を制限。ガラス底ペトリ皿は、ゲルが硬化された接着性の表面として使用される。重合の間に平坦な頂ゲル表面を形成するために、円形のガラスカバースリップは、ガラス底ペトリ皿でのゲルサンドイッチに使用される。ゲルの製造に先立って、上部ガラスカバースリップは、正の表面電荷を生じる、ポリ-D-リジン（PDL）でコーティングされている。 PDLは、圧縮空気で吹き飛ばしており、水中のビーズの溶液をカバースリップ上に堆積される。私たちは、負の電荷を運ぶカルボキシル化蛍光マイクロビーズを利用して、PDLで処理することによって作成された、正に帯電した表面と相互作用する。圧縮空気でカバースリップオフビーズ溶液を吹き付けた後、単層のビーズは、静電的に乾燥したカバースリップに結合されたままになります。ガラススライドに損傷がなく、完全に無傷のPAゲルから除去されるように、PDLコーティングは、ゲル表面にガラスの接着性には影響しません。
ガラス底ペトリ皿は、97％3 – アミノプロピル – trimethoxyslianeおよび0.5％グルタルアルデヒドで処理することにより付着行われる。希望剛性のPAゲルは、標準的な手順9を介してビスアクリルアミドとアクリルアミドの適切な濃度を混合することにより作成される。ゲル溶液の液滴は、ガラス底ペトリ皿上にピペットされる。ビーズを含むガラスカバースリップをペトリ皿にゲルを挟むために使用される。ゲルが硬化した場合、トップカバースリップは、表面から1.6μmの範囲内のPAゲル中に埋め込まれたビーズを残して削除されます。
Protocol
Representative Results
Discussion
この技術を使用する場合は、ビーズ溶液が適切に希釈し、ビーズを所望の直径、PAゲル基材の剛性、および所望の実験で調査された現象の大きさの尺度に基づいて選択されることが不可欠である。
トップガラスカバースリップを官能する前にビーズ溶液を希釈する際に注意すべきである。ゲル表面上のビーズ間の間隔は、コロイド溶液の希釈係数を変更することによって…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、学際的イノベーションイニシアティブプログラム、イリノイ大学、助成金12035を承認したいと思います。 SKが国立科学財団（NSF）グラントからUIUCで賄われていた0965918 IGERT：細胞分子力学とバイオナノテクノロジーの研究者次世代トレーニング。
Materials
| Name | Company | Catalog Number |
| Reagents | ||
| 97% 3-Aminopropyl-trimethoxysliane (APTES) | Sigma-Aldrich | 281778 |
| 70% Glutaraldehyde | Polysciences, Inc. | 111-30-8 |
| 1M HEPES buffer solution | Sigma-Aldrich | 83264 |
| 40% Acrylamide | Sigma-Aldrich | A4058 |
| 2% Bisacrylamide | Sigma-Aldrich | M1533 |
| 0.1 um Fluorescent microspheres (mCherry) | Invitrogen | F8801 |
| Fibronectin, Human, 1mg | BD Biosciences | 354008 |
| Ammonium Persulfate | Bio-RAD | 161-0700 |
| Tetramethylethylenediamine (TEMED) | Bio-RAD | 161-0801 |
| Poly-D-Lysine | Millipore | A-003-E |
| 1-Ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimide hydrochloride (EDC) | Thermo Scientific | 22980 |
| N-hydroxysulfosuccinimide (NHS) | Thermo Scientific | 24500 |
| .05% Trypsin-EDTA (1X) | Life Technologies | 25300-054 |
| NaCL | Sigma-Aldrich | S9888 |
| Acrylic Acid | Sigma-Aldrich | 147230 |
| Glycerol | Sigma-Aldrich | G7757 |
| 2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid (MES) | Sigma-Aldrich | M3671 |
| Materials | ||
| 35 mm Glass bottom dish with 14 mm micro-well #1 cover glass | In Vitro Scientific | D35-14-1-N |
| Glass cover slips, 12 mm diam. | Ted Pella, Inc. | 26023 |
Referências
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