Fabriceren van optische kwaliteit glazen oppervlakken te studeren Macrophage Fusion
Summary
Dit protocol beschrijft de fabricage van optische kwaliteit glazen oppervlakken geadsorbeerde met verbindingen met lange-keten-koolwaterstoffen die kunnen worden gebruikt voor het controleren van macrofaag fusie van levende specimens en super resolutie microscopie van vaste specimens in staat stelt .
Abstract
Visualiseren van de vorming van multinucleaire reus cellen (MGCs) van levende specimens heeft zijn uitdagend wijten aan het feit dat meest levende imaging technieken voortplanting van het licht door glas vereisen, maar op glas macrofaag fusion een zeldzame gebeurtenis is. Dit protocol stelt de fabricage van verschillende optische kwaliteit glazen oppervlakken waar adsorptie van verbindingen met lange-keten koolwaterstoffen glas transformeert in een fusogenic oppervlak. Voor het eerst, voorbereiding van schone glazen oppervlakken als grondstof voor oppervlakte modificatie is beschreven. Ten tweede, een methode wordt alleen ondersteund voor de adsorptie van verbindingen met lange-keten koolwaterstoffen om te converteren van niet-fusogenic glas naar een fusogenic ondergrond. Ten derde, wordt dit protocol beschreven fabricage van oppervlakte micropatterns ter bevordering van een hoog beschermingsniveau Spatio controle over MGC vorming. Tot slot is het fabriceren van glazen bodem gerechten wordt beschreven. Voorbeelden van gebruik van deze cel in vitro stelsel als een model te bestuderen macrofaag fusion en MGC vorming zijn weergegeven.
Introduction
De vorming van MGCs begeleidt een aantal pathologische toestanden in het menselijk lichaam gekenmerkt door chronische ontsteking1. Ondanks het akkoord dat macrofagen van mononucleated fuse aan formulier MGCs2, verrassend weinig studies hebben aangetoond fusion in verband met levende specimens3,4. Dit is omdat de macrofaag fusion wanneer geïnduceerd door inflammatoire cytokines5zijn niet bevorderlijk voor schone glazen oppervlakken die vereist voor de meeste beeldvormingstechnieken zijn. Inderdaad, als schoon glas wordt gebruikt als substraat voor macrophage fusion, vervolgens laag tot vergroting van de tussentijdse doelstellingen (dat wil zeggen, 10-20 X) en meer dan 15 uur continue imaging vaak moeten observeren van een enkele fusion-gebeurtenis.
Op de andere hand, fusogenic kunststof oppervlakken (bijvoorbeeld, permanox) of bacteriologische kwaliteit kunststof fusion2te bevorderen. Beeldvorming door middel van kunststof is echter problematisch omdat het substraat dik is en licht verstrooit. Dit compliceert imaging sinds lang werkende afstand (LWD) doelstellingen nodig zijn. LWD doelstellingen hebben echter meestal weinig licht het verzamelen van de capaciteit in vergelijking met hun tegenhanger dekglaasje aan-gecorrigeerd. Verder zijn technieken die gebruik maken van de veranderingen in de polariteit van het passeren van het model zoals differentiële interferentie contrast licht niet onmogelijk omdat kunststof birefringent. De belemmeringen die zijn gekoppeld aan het gebruik van kunststof zijn verder onderstreept door het feit dat het is onmogelijk om te voorspellen waar de macrofaag fusion/MGC vorming zal plaatsvinden op het oppervlak. Samen, deze beperkingen beperken de visualisatie van macrofaag fusie aan fase contrast optica, totale imaging duur verlengd (> 15 ononderbroken uur), en lage resolutie.
We onlangs geïdentificeerd een zeer fusogenic glazen oppervlak terwijl het uitvoeren van single-molecuul super resolutie microscopie met vaste macrofagen/MGCs4. Deze observatie was verrassend omdat schoon glas oppervlakken bevorderen fusion zeer laag debiet van ~ 5% na 24 uur in aanwezigheid van Interleukine-4 (IL-4), zoals bepaald door de fusie index4. We vonden dat de capaciteit ter bevordering van kernfusie te wijten aan oleamide besmetting was. Adsorptie van oleamide of andere verbindingen die ook lange-keten koolwaterstoffen maakte de glazen fusogenic. De meeste fusogenic samengestelde (paraffine) was micropatterned, en het een hoge mate van Spatio beheersing van de macrofaag fusion en een 2-fold stijging van het aantal fusion gebeurtenissen in dezelfde hoeveelheid tijd in vergelijking met permanox waargenomen bijgebracht. Deze optische kwaliteit oppervlakken verschaft de eerste glimp in de morfologische kenmerken en kinetiek die gelden voor de vorming van MGCs in levende specimens.
In dit protocol beschrijven we de fabricage van een verscheidenheid van glazen oppervlakken die kan worden gebruikt voor het controleren van de vorming van MGCs van levende specimens. Bovendien laten we zien dat deze oppervlakken vatbaar voor ver-veld super resolutie technieken zijn. Oppervlakte fabricage is afhankelijk van het doel van het experiment, en elk oppervlak met verwante voorbeelden in de tekst van de procedure wordt beschreven.
Protocol
Representative Results
Discussion
De noodzaak om te identificeren en vervolgens het ontwikkelen van optische kwaliteit glazen oppervlakken die macrofaag fusion bevorderen vloeide voort uit het feit dat tot onlangs niet gepubliceerde studie direct gevisualiseerd macrofaag fusie in het kader van levende specimens3, 4. Dit is de wijten aan het feit dat fusogenic kunststofoppervlakken, die vaak worden gebruikt LWD doelstellingen vereisen en grotendeels beperkt tot de fase contrast optiek zijn. Deze …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij wensen dank aan leden van het Ugarova laboratorium en onderzoekers in het midden voor Metabolic en vasculaire biologie voor nuttige discussie van dit werk. James Faust wil zijn dank betuigen aan de instructeurs op de Europese moleculaire biologie laboratorium Super resolutie microscopie cursus in 2015. Wij willen bedanken Satya Khuon op Janelia voor hulp bij de bereiding van de monsters voor LLSM. Tijdens de beoordeling en filmen delen van dit werk werd James Faust ondersteund door een T32 Fellowship (5T32DK007569-28). De Lattice licht blad component van dit werk werd gesteund door HHMI en Betty en Gordon Moore Foundation. T.U. wordt gefinancierd door de NIH HL63199 verlenen.
Materials
| Plasma cleaner | Harrick Plasma | PCD-32G | |
| Finder grid | Electron microscopy sciences | G400F1-Au | any gold TEM grid will work |
| Cover glass (22×22 mm) | Thor Labs | CG15CH | use only high stringency cover glass |
| Paraffin wax | Sigma Aldrich | 17310 | |
| Petrolatum | Sigma Aldrich | 16415 | must be α-tocopherol-free if substituted |
| Oleamide | Sigma Aldrich | O2136 | prepare fresh |
| Isopropanol | Sigma Aldrich | 278475 | |
| Toluene | Sigma Aldrich | 244511 | |
| Acetone | VWR International | BDH1101 | |
| Ethanol | Electron microscopy sciences | 15050 | use low dissolved solids ethanol |
| Hydrochloric acid | Fischer Scientific | A144C-212 | use to acid wash cover glass |
| Slyguard 184 | VWR International | 102092-312 | mix in a 1:10 ratio and cure at 50 °C for 4 h |
| 35 mm petri dish | Santa Cruz Biotech | sc-351864 | |
| Dumont no. 5 forceps | Electron microscopy sciences | 72705 | ideal for removing TEM grid in section 3.5 |
| FBS | Atlanta Biological | S11550 | |
| DMEM:F12 | Corning | 10-092 | contains 15 mM HEPES |
| Pen/Strept | Corning | 30-002-Cl | |
| HBSS | Corning | 21-023 | |
| BSA solution | Sigma Aldrich | A9576 | use at 0.1% in HBSS to wash non-adherent macrophages |
| IL-4 | Genscript | Z02996 | aliquot at 10 μg/mL and store at -20 °C |
| C57BL/6J | Jackson Laboratory | 000664 | use for fixed samples or techniques that do not require contrast agents |
| eGFP-LifeAct mice | n/a | n/a | use for live fluorescence imaging |
| Kimwipe | Kimberly Clark | 34155 | use to polish hydrocarbon adsorbed surfaces |
References
- McNally, A. K., Anderson, J. M. Interleukin-4 induces foreign body giant cells from human monocytes/macrophages. Differential lymphokine regulation of macrophage fusion leads to morphological variants of multinucleated giant cells. Am J Pathol. 147 (5), 1487 (1995).
- Helming, L., Gordon, S. Molecular mediators of macrophage fusion. Trends Cell Biol. 19 (10), 514-522 (2009).
- Podolnikova, N. P., Kushchayeva, Y. S., Wu, Y., Faust, J., Ugarova, T. P. The Role of Integrins α M β 2 (Mac-1, CD11b/CD18) and α D β 2 (CD11d/CD18) in Macrophage Fusion. Am J Pathol. 186 (8), 2105-2116 (2016).
- Faust, J. J., Christenson, W., Doudrick, K., Ros, R., Ugarova, T. P. Development of fusogenic glass surfaces that impart spatiotemporal control over macrophage fusion: Direct visualization of multinucleated giant cell formation. Biomaterials. 128, 160-171 (2017).
- Jenney, C. R., Anderson, J. M. Alkylsilane-modified surfaces: Inhibition of human macrophage adhesion and foreign body giant cell formation. J Biomed Mater Res. 46 (1), 11-21 (1999).
- Vignery, A. Methods to fuse macrophages in vitro. Cell Fusion: Overviews Methods. , 383-395 (2008).
- Zhao, Q., et al. Foreign-body giant cells and polyurethane biostability: In vivo correlation of cell adhesion and surface cracking. J Biomed Mater Res. 25 (2), 177-183 (1991).
- Anderson, J. M., Rodriguez, A., Chang, D. T. Foreign body reaction to biomaterials. Semin Immunol. 20 (2), 86-100 (2008).
- Jenney, C. R., Anderson, J. M. Effects of surface-coupled polyethylene oxide on human macrophage adhesion and foreign body giant cell formation in vitro. J Biomed Mater Res. 44 (2), 206-216 (1999).
- DeFife, K. M., Colton, E., Nakayama, Y., Matsuda, T., Anderson, J. M. Spatial regulation and surface chemistry control of monocyte/macrophage adhesion and foreign body giant cell formation by photochemically micropatterned surfaces. J Biomed Mater Res. 45 (2), 148-154 (1999).
- Jenney, C. R., DeFife, K. M., Colton, E., Anderson, J. M. Human monocyte/macrophage adhesion, macrophage motility, and IL-4-induced foreign body giant cell formation on silane-modified surfaces in vitro. J Biomed Mater Res. 41 (2), 171-184 (1998).
- Hell, S. W., Wichmann, J. Breaking the diffraction resolution limit by stimulated emission: stimulated-emission-depletion fluorescence microscopy. Opt Lett. 19 (11), 780-782 (1994).
- van de Linde, S., et al. Direct stochastic optical reconstruction microscopy with standard fluorescent probes. Nat Protocols. 6 (7), 991-1009 (2011).
- Fölling, J., et al. Fluorescence nanoscopy by ground-state depletion and single-molecule return. Nat Methods. 5 (11), 943-945 (2008).
- Heilemann, M., et al. Subdiffraction-resolution fluorescence imaging with conventional fluorescent probes. Ange Chem Int Edit. 47 (33), 6172-6176 (2008).
- Betzig, E. Proposed method for molecular optical imaging. Optics Letters. 20 (3), 237-239 (1995).
- Betzig, E., et al. Imaging intracellular fluorescent proteins at nanometer resolution. Science. 313 (5793), 1642-1645 (2006).
- Shtengel, G., et al. Interferometric fluorescent super-resolution microscopy resolves 3D cellular ultrastructure. P Natl Acad Sci U S A. 106 (9), 3125-3130 (2009).
- Shtengel, G., et al. Imaging cellular ultrastructure by PALM, iPALM, and correlative iPALM-EM. Method Cell Biol. 123, 273-294 (2013).
- Chen, B. C., et al. Lattice light-sheet microscopy: Imaging molecules to embryos at high spatiotemporal resolution. Science. 346 (6208), 1257998 (2014).
- Planchon, T. A., et al. Rapid three-dimensional isotropic imaging of living cells using Bessel beam plane illumination. Nat Methods. 8 (5), 417-423 (2011).
