Summary

Resposta celular ao vivo para Estimulação mecânicas estudadas por Microscopia de Força Atômica e Óptica Integrada

Published: October 04, 2010
doi:

Summary

Este trabalho tem como objetivo instruir o leitor na operação de um sistema integrado de força atômica-microscópio óptico de imagem para a estimulação mecânica de células vivas em cultura. Um protocolo passo a passo é apresentado. Um representante conjunto de dados que mostra a resposta de células vivas ao estímulo mecânico é apresentado.

Abstract

Para entender o mecanismo pelo qual as células vivas sentido forças mecânicas, e como eles reagem e se adaptam ao seu ambiente, uma nova tecnologia capaz de investigar o comportamento de células em sub-nível celular com resolução espacial e temporal alta foi desenvolvido. Assim, um microscópio de força atômica (AFM) foi integrado com um total reflexão interna de fluorescência microscopia (TIRF) e velocidade de rotação do disco (FSD) microscopia confocal. O sistema integrado é amplamente aplicável em uma ampla gama de estudos de dinâmica molecular em qualquer células aderentes ao vivo, permitindo que imagens ópticas direta de respostas das células ao estímulo mecânico em tempo real. Reorganização significativa dos filamentos de actina e aderências focal foi mostrado devido à estimulação mecânica local na superfície da célula apical, que induziu alterações na estrutura celular em todo o corpo da célula. Estas técnicas inovadoras irá fornecer novas informações para a compreensão de reestruturação de células vivas e dinâmicas em resposta à força mecânica. Um protocolo detalhado e um conjunto de dados representativos que mostram a resposta de células vivas ao estímulo mecânico são apresentados.

Protocol

1. Visão Geral do Sistema Integrado de Microscopia O sistema de microscópio que é usado para estes estudos tem sido descrito em detalhe 1. Resumidamente, um microscópio invertido Olympus IX-81 com TIRF anexo (Olympus, Center Valley, PA) é combinado com CSU-22 Yokogawa cabeça de leitura (Yokogawa Electric Inc, Japão). A Bioscope SZ microscópio de força atômica (Veeco Instruments Inc, Santa Barbara, CA) é montado em cima do microscópio óptico invertido, e todo o sistema ?…

Discussion

Aderências citoesqueleto 10/07 e 16/11 focal são estruturas dinâmicas que montar, dispersar e virar as células migram ou responder a força mecânica 17. Eles têm funções importantes na regulação do crescimento celular, sobrevivência e expressão gênica. Sabendo sua distribuição e dinâmicas específicas fornece uma melhor compreensão de como as células se comunicam com a matriz e entre si.

Este sistema novo microscópio é amplamente aplicáve…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Vinculina-GFP plasmídeo foi um presente de Kenneth Yamada, National Institutes of Health, Instituto Nacional de Pesquisa Dental e Craniofacial, Bethesda, Maryland, e actina-MRFP plasmídeo foi um presente de Michael Davidson, Universidade Estadual da Flórida, Tallahassee, Florida.

Este trabalho foi financiado pela NSF Prémio Carreira # 0747334 e AHA-Nacional SDG # 0835205N a Andreea Trache.

Materials

Material Name Type Company Catalogue Number Comment
AFM tip   Novascan Technologies   2 micron Borosilicate bead, 0.01N/m, Biotin Surface
avidin   Sigma Aldrich A9275 1mg/mL in DPBS
Fibronectin   Sigma Aldrich F4759 1 mg/mL
DPBS   Invitrogen 21600-051  
Amaxa transfection kit for Smooth Muscle Cells   Lonza VPI-1004  
Mattek glass bottom dishes   MatTek Corporation P60G-1.5-30-F Sterile 60mm Falcon dishes with glass bottom coverslip no. 1.5

References

  1. Trache, A., Lim, S. M. Integrated microscopy for real-time imaging of mechanotransduction studies in live cells. J Biomed Opt. 14, 034024-03 (2009).
  2. Trache, A., Meininger, G. A., Coico, R., Kowalik, T., Quarles, J. M., Stevenson, B., Taylor, R. K. Atomic Force Microscopy. Current Protocols in Microbiology. , 2.1-2.17 (2008).
  3. Axelrod, D. Selective imaging of surface fluorescence with very high aperture microscope objectives. J Biomed Opt. 6, 6-13 (2001).
  4. Trache, A., Meininger, G. A., Coico, R., Kowalik, T., Quarles, J. M., Stevenson, B., Taylor, R. K. Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy. Current Protocols in Microbiology. , 2.1-2.22 (2008).
  5. Inoue, S., Inoue, T. Direct-view high-speed confocal scanner: the CSU-10. Methods Cell Biol. 70, 87-127 (2002).
  6. Binnig, G., Quate, C. F., Gerber, C. H. Atomic force microscope. Phys Rev Lett. 56, 930-933 (1986).
  7. Stamenović, D. Cytoskeletal mechanics in airway smooth muscle cells. Respir Physiol Neurobiol. 163, 25-32 (2008).
  8. Gunst, S. J., Tang, D. D., Opazo Saez, A. Cytoskeletal remodeling of the airway smooth muscle cell: a mechanism for adaptation to mechanical forces in the lung. Respir Physiol Neurobiol. 137, 151-168 (2003).
  9. Worth, N. F., Rolfe, B. E., Song, J., Campbell, G. R. Vascular smooth muscle cell phenotypic modulation in culture is associated with reorganization of contractile and cytoskeletal proteins. Cell Motility and the Cytoskeleton. 49, 130-145 (2001).
  10. Romer, H. R., Birukov, K. G., Garcia, J. G. N. Focal Adhesions: paradigm for a signaling nexus. Circulation Research. 98, 606-616 (2006).
  11. Opazo Saez, A., Zhang, W., Wu, Y., Turner, C. E., Tang, D. D., Gunst, S. J. Tension development during contractile stimulation of smooth muscle requires recruitment of paxillin and vinculin to the membrane. Am J Physiol Cell Physiol. 286, C433-C447 (2004).
  12. Alenghat, F. J., Ingber, D. E. Mechanotransduction: all signals point to cytoskeleton, matrix and integrins. Sciences STKE. 119, pe6-pe6 (2002).
  13. Zamir, E., Geiger, B. Molecular complexity and dynamics of cell-matrix adhesions. J Cell Sci. 114, 3583-3590 (2001).
  14. Geiger, B., Bershdsky, A. Assembly and mechanosensory function of focal contacts. Curr Opin Cell Biol. 13, 584-592 (2001).
  15. Sastry, S. K., Burridge, K. Focal Adhesions: a nexus for intracellular signaling and cytoskeletal dynamics. Exp Cell Res. 261, 25-36 (2000).
  16. Orr, A. W., Helmke, B. P., Blackman, B. R., Schwartz, M. A. Mechanisms of mechanotransduction. Dev Cell. 10, 11-20 (2006).
check_url/2072?article_type=t&slug=live-cell-response-to-mechanical-stimulation-studied-integrated

Play Video

Cite This Article
Trache, A., Lim, S. Live Cell Response to Mechanical Stimulation Studied by Integrated Optical and Atomic Force Microscopy. J. Vis. Exp. (44), e2072, doi:10.3791/2072 (2010).

View Video