Method Article
نحن نقدم إجراءات للتحكم في شكل كتلة الخلية الأولى في مصفوفة 3D خارج الخلية للحصول على تشكيل نمط تكرار. ويستخدم جهاز مكعب الذي يحتوي على اثنين من الهلاميات المائية المختلفة تحقيقا للتصوير المتعدد الاتجاهات لتشكيل نمط الأنسجة.
إلى حد كبير هو التأكيد على أهمية الثقافات 3D في المختبر في زراعة الخلية/الأنسجة. ومع ذلك، عدم التكرار تجريبية واحدة من قيودها. نتائج قابلة للتكرار قليل من تشكيل نمط تتدهور تحليل الآليات الأساسية للتنظيم الذاتي. الحد من التفاوت في شروط الثقافة الأولية، مثل كثافة الخلية والتوزيع في المصفوفة خارج الخلية (ECM)، أمر حاسم لتعزيز التكرار ثقافة 3D. في هذه المقالة، نبدي إجراء بسيطة لكنها قوية للتحكم في شكل الكتلة الخلية الأولى في 3D مصفوفة خارج الخلية للحصول على تشكيلات نمط التكرار عالية. كانت مختلقة من ميكرومولد بشكل المطلوب باستخدام الطباعة الحجرية التصويرية أو عملية القطع، وأنها شكلت جيب 3D في المحتوى الوارد في مكعب هلام مختلطة (الوراثة). ثم تم حقن الخلايا مركزة للغاية في الجيب حيث أن الشكل الكتلة الخلية المتطابقة مع الشكل العفن ملفقة. الوراثة حسابهم يسمح متعددة الاتجاهات المسح بها التناوب، مما مكن تصوير عالي الدقة والقبض على هيكل الأنسجة كاملة حتى ولو كان يستخدم عدسة التكبير المنخفض. واستخدمت الخلايا الظهارية الشعب الهوائية الإنسان العادي لتبين المنهجية.
إلى حد كبير هو التأكيد على أهمية ثقافة 3D، الذي يحاكي البيئات البيولوجية أفضل من لا ثقافة 2D، في خلية/الأنسجة الثقافة1،،من23. التفاعل بين الخلايا والمصفوفة خارج الخلية (ECM) يوفر إشارات هامة بخصوص morphogenesis4،5. يمكن أن تظهر العديد من تشكيلات الأنسجة إلا في ظل بيئات ثلاثية الأبعاد، مثل عملية قابلة للطي6،7، إينفاجينيشن8، وتشكيل أنبوبي9،10. ومع ذلك، منع العديد من المصاعب الباحثين من التحول إلى تجارب 3D من تجارب 2D على طبق. واحدة من الصعوبات الرئيسية في تجارب 3D هو مسألة التصوير عينات ثلاثية الأبعاد. بالمقارنة مع تجارب مستو، الحصول على صور ثلاثية الأبعاد المناسبة لا تزال صعبة في كثير من الحالات. على وجه الخصوص، الحصول على صورة ثلاثية الأبعاد مناسبة مهمة صعبة عندما يصل حجم العينة مجموعة ملليمتر نظراً لعمق تركيز كبير من عدسات التكبير المنخفض. على سبيل المثال، يصل عمق التنسيق إلى أكثر من 50 ميكرومتر عندما يستخدم من 10 x عدسة التكبير بينما حجم الخلية واحد هو عادة أقل من 10 ميكرون. لتحسين نوعية التصوير، يجري تطوير نظم الفحص المجهري التكنولوجيا العالية (مثلاً، مجهرية اثنين-فوتون11 و نظام الفحص المجهري الضوء-ورقة12)، ولكن محدودة بسبب أسعارها غالية الإتاحة الخاصة بهم. وكبديل لذلك، قد سبق أن وضعت مختلطة هلام مكعب (الوراثة) جهاز13. الجهاز يتكون من نوعين من الهلاميات المائية: [اغروس] هلام دعم وإدارة المحتوى في المؤسسة مثل الكولاجين أو ماتريجيل كهلام ثقافة. الوراثة يسمح لنا بجمع العينة خلال استزراع وتدوير المكعب لتحقيق تصوير متعددة الاتجاهات، الذي يعالج مشكلة العمق البؤري14.
وهناك صعوبة أخرى في تجارب 3D هو على التكرار المنخفض نظراً لقابلية التحكم الفقراء من بيئات 3D. خلافا لثقافة المستوية في طبق بلاستيك، تحدث الاختلافات في الظروف الأولية الثقافة بسهولة في الفضاء 3D محاطة بمادة ناعمة. تباين كبير في النتائج التجريبية تتدهور التحليل التالي وأقنعة الآليات الكامنة. وقد وضعت العديد من التقنيات الهندسية مكانياً محاذاة الخلايا المفردة، مثل بيوبرينتينج،من1516، ألياف النسيج17و18من السقالات، ولكنها تتطلب تجهيزها معقدة أو على وجه التحديد معدات مصممة. وفي المقابل، قمنا بتطوير منهجية لتحقيق المحاذاة لخلية ثلاثية الأبعاد في الوراثة19.
في هذا البروتوكول، يتضح أننا إجراء بسيط مع المعدات المستخدمة عادة للتحكم في الشكل الكتلة الخلية الأولى ثلاثية الأبعاد في الوراثة. أولاً، قد أظهرت عملية التصنيع الوراثة. ثم وضعت ميكرومولدس ملفقة بالطباعة الحجرية التصويرية أو عملية القطع في الوراثة لإنتاج جيب بشكل تعسفي في إدارة المحتوى في المؤسسة. لاحقاً، تم حقن الخلايا عالية الكثافة بعد الطرد المركزي في الجيب للتحكم في شكل الكتلة الخلية الأولى في الوراثة. يمكن تصويرها الكتلة الخلية التي تسيطر عليها تحديداً من اتجاهات عديدة بسبب الوراثة. واستخدمت العادي البشرية الشعب الهوائية (نهبي) الخلايا الظهارية لإثبات السيطرة على شكل كتلة الخلية الأولى والتصوير من الفروع من اتجاهات متعددة لتعزيز نوعية التصوير.
1-تصنيع الجهاز المكعب هلام المختلطة
2-تلفيق ميكرومولدس التصويرية أو عملية القطع
3-التحكم في شكل كتلة الخلية الأولى في المائية
4. تصوير متعددة الاتجاهات
واستخدمت العادية البشرية الشعب الهوائية (نهبي) الخلايا الظهارية لتبين المنهجية مصورة والتحكم في هندسة الخلية الجماعية الأولى لتحقيق شكل اسطوانة وشكل المنشور، على التوالي في بيئة إدارة المحتوى في المؤسسة. وترد نتائج التصوير المتعدد الاتجاهات التي حصل عليها التباين المرحلة فضلا عن تلطيخ فالويدين شكل اسطوانة (الشكل 4 أ، ب) والشكل المنشور (الشكل 4، د). يتم محاذاة الخلايا تأهيلاً مناسباً تسفر عن الشكل الثلاثي الأبعاد المطلوبة في بيئة إدارة المحتوى في المؤسسة. وفي وقت لاحق، الخلايا مثقف لمدة أربعة أيام لتشكيل شكل معين وثم تم تحليلها بواسطة تصوير متعددة الاتجاهات. حجم العينة كبير يجعل من الصعب جداً لالتقاط صورة نسيج كامل من اتجاه واحد؛ إلا أنه يسمح الوراثة التصوير من الجانبين يصل إلى ستة، والكشف عن شكل النسيج كله. يبين الشكل 5 نتائج immunostaining شجرة الشعب الهوائية المتقدمة من الخلايا نهبي. الخلايا نهبي في البداية تسيطر على شكل أسطواني في الوراثة. ثم، كانت معظم الفروع الموجه عمودي على محور أسطواني.
رقم 1: عملية تصنيع جهاز المكعب هلام المختلطة- (أ) يتم تعيين الإطار مكعب البولي في مربع بريكوليد جليد. (ب) [اغروس] (1.5%) يتم حقن لتغطية السطح السفلي. (ج) المكعب هو انزلق التي سيتم جمعها. (د) المكعب استدارة لجعل سطح آخر إلى أسفل. (ﻫ) [اغروس] (1.5%) يتم حقن بشكل آخر [اغروس] الجدار. (و) بعد أن يتم إنتاج جدار [اغروس] لثلاثة وجوه، يتم حقن [اغروس] من خلال مواجهة مفتوحة. شريط الحجم: 5 مم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 2: عملية تصنيع ميكرومولدس. (أ) تلفيق عملية ميكرومولد واسطة التصويرية. (ب) نموذج كامل ميكرومولد الشكل المنشور ملفقة بالطباعة الحجرية التصويرية. (ج) ملفقة ميكرومولد مع اسطوانة الصلب. شريط المقياس: (ب) 2 مم، (ج) 10 مم- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: عملية التصنيع من التحكم الكتلة الخلية الأولى. (أ) إدارة المحتوى المؤسسي (مثل الكولاجين وماتريجيل) يحقن الوراثة. (ب) يتم تعيين ميكرومولد على الإطار مكعب مع أو بدون حامل. (ج) بعد ECM علاجه، تتم إزالة في ميكرومولد. (د) بعد حقن الخلايا سينتريفوجينج، والكثافة العالية والمحتضنة. يتم تطبيق المتوسطة (E). يتم حقن ECM إضافية (F) تليها [اغروس] لتغطية السطح العلوي للوراثة. شريط الحجم: 5 مم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4: التحكم في نتائج الخلية الأولى مع خلايا نهبي. (أ) الصور المرحلة-على النقيض من الخلايا نهبي] التي تسيطر عليها اتخاذها للسطح السفلي والجانبية. الشكل بأكمله يمكن أن تعترف بالمراقبة متعددة الاتجاهات دون الحاجة إلى التصوير الفلورسنت. (ب) الصور Fluorescence الخلايا نهبي] التي تسيطر عليها تلطيخ واكتين. (ج) صور المرحلة-على النقيض من نهبي الخلايا التي تسيطر في شكل المنشور ثلاثي تم التقاطها من السطوح السفلي والجانبية. (د) الصور Fluorescence نهبي الخلايا التي تسيطر في شكل المنشور ثلاثي. شريط الحجم: 100 ميكرومتر. 10 x عدسة التكبير (الفتحة العددية 0.3) تم استخدامه. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الرقم 5: إسقاطات نيون الصور التي تم التقاطها عن طريق مسح متعددة الاتجاهات. في البداية كانت الخلايا نهبي الخاضعة لإنتاج شكل أسطواني ومثقف في الوراثة لمدة 4 أيام. وفي وقت لاحق، كان الملون أكتين من فالويدين. كانت ممدود الفروع من الاسطوانة الأولى على طول المحور س، والطول، والحجم، والزاوية من المحور ووضعت على قدم المساواة. تظهر الصورة اليمنى السفلي التخطيطي للمحور x-y-z والشكل عينة. شريط الحجم: 100 ميكرومتر. واستخدمت 10 x عدسة التكبير (0.3 الفتحة العددية). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الطريقة المعروضة في هذه الورقة هو بسيط ويمكن أن يؤديها دون معدات التكنولوجيا العالية. وفي الوقت نفسه، يمكن الحصول على نتيجة عنصر تحكم شكل كتلة خلية دقيقة في الفضاء ثلاثي الأبعاد للمائية. بعد مراقبة أولية، يمكن أن تنمو الخلايا في الوراثة قدر ما هم مثقف على طبق. يتم إجراء تصوير متعددة الاتجاهات بواسطة تدوير العينة بالوراثة استخدام أي نظام الفحص المجهري، وأنه يعزز إلى حد كبير نوعية التصوير. اختيار المواد للإطار الوراثة وميكرومولد مرونة طالما هم متوافق حيويا. يمكن استخدام طابعة 3D لإنتاج الإطار الوراثة أو ميكرومولد إذا كانت دقة الطابعة ثلاثية الأبعاد كافية للتطبيقات الخاصة بهم. الطريقة المقترحة متوافق مع العديد من الصور تعزيز تكنولوجيات مثل الشفافية الكواشف20،21 وورقه الضوء أنظمة الفحص المجهري. عن طريق استخدام هذه التكنولوجيات، ويمكن تحسين جودة الصورة.
وحدة التخزين [اغروس] وإدارة المحتوى في المؤسسة، والخلايا عالية الكثافة بالحقن يعتمد على حجم الوراثة والعفن. مطلوب عملية يدوية حذراً لا حقن فقاعات الهواء، وإلا سوف تتدهور الفقاعات تشكلت دقة التحكم ونمو الخلايا، ونوعية التصوير.
سوف تحدده عملية تصنيع ميكرومولدس الشكل المطلوب لعنصر التحكم. الطباعة التصويرية يمكن تلفيق للأشكال ثنائية الأبعاد الدقيقة بعمق معين، مثل شكل المنشور يقارب ميكرومتر؛ بيد أنها ليست فعالة مع الأشكال ثلاثية الأبعاد، مثل اسطوانة. عملية التشغيل الميكانيكي يسمح لنا باختلاق الشكل الثلاثي الأبعاد، ولكن بشكل عام، دقة الأبعاد أقل من التصويرية. بعد تلفيق ميكرومولدس، مطلوب طلاء البوليمر فوسفوريلتشوليني (MPC) 2-ميثاكريلويلوكسيثيل على القوالب لمنع التصاق المعني إدارة المحتوى في المؤسسة.
وبالاستفادة من الوراثة، يمكن إجراء تصوير مجهرية مع أو بدون التعرض لليزر في اتجاهات متعددة. يمكن الاعتراف شكل نموذج ثلاثي الأبعاد تقريبا بالمراقبة متعددة الاتجاهات دون وضع العلامات الفلورية؛ هذا الأسلوب لا يسبب أي اختزاع الخلية أثناء المراقبة. وفي المقابل، التصوير الفلورسنت مطلوب للحصول على الشكل نموذج ثلاثي الأبعاد أكثر دقة والتعبير الجزيئي.
قيد طريقة عرض لمراقبة الخلية الأولى أنه لا يمكن تطبيق إلى قالب بشكل ثلاثي الأبعاد معقدة. وقد القالب المراد إزالتها عن طريق التقاط دون تدهور إدارة المحتوى في المؤسسة. وهكذا، العفن محدودة بشكل مستقيم أو مدبب بسيطة. للحصول على عنصر تحكم الشكل أكثر تعقيداً، ثمة حاجة إلى تطوير البروتوكول كذلك.
المنهجية المقترحة لها فائدة واسعة النطاق، ويمكن أن تجري بسهولة في معظم بيئات المختبرات. هذا الإجراء بسيط يمكن التغلب على قيود الثقافة ثلاثية الأبعاد، والتصوير، والتكرار، والمساهمة في تنمية إضافية المطلوبة للثقافة 3D.
المؤلفون وجامعة محافظة أوساكا ومعهد كيوشو للتكنولوجيا قد قدم طلب براءة للجهاز المكعب هلام المختلطة، ونيبون الطبية والكيميائية المحدودة للصكوك، وقد يسوق اليابان مؤخرا المكعب. الشركة لم يؤثر أي من تصميم وعملية، والأساليب المذكورة.
هذا العمل كان تدعمها ماليا JSPS كاكينهي (ح 18 04765) وبرنامج لنشر نظام المسار الحيازة، يأمرون، واليابان.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
12-well-plate | Corning Inc. | 3513 | |
2-Methoxy-1-methylethyl Acetate | FUJIFILM Wako Pure Chemical Co. | 130-10505 | PGMEA, CAS: 108-65-6 |
4% paraformaldehyde | FUJIFILM Wako Pure Chemical Co. | 161-20141 | CAS: 30525-89-4 |
Agarose, low gelling temperature BioReagent | Sigma-Aldrich | A9414 | |
Alexa fluor 488 phalloidin | Thermo Fisher Scientific | A12379 | |
AZ1512 | Merck | ||
BEGM bullet kit | Lonza | CC-3170 | Specialized medium for NHBE cells |
Bovine Serum Albumin solution (10 %) | Sigma-Aldrich | A1595 | |
EGM-2 bullet kit | Lonza | CC-3162 | Specialized medium for endothelial cells |
Lipidure | NOF co. | MPC polymer | |
Matrigel growth factor reduced basement membrane matrix | Corning Inc. | 354230 | |
Normal Goat Serum (10%) | Thermo Fisher Scientific | 50197Z | |
Normal human bronchial epithelial cells | Lonza | CC-2541 | |
SILPOT 184 W/C | Dow Corning Co. | 3255981 | Base resin and catalyst for PDMS |
SUEX D300 | DJ MicroLaminates, Inc | Thick negative photoresist (thichness: 300 mm) | |
Triton X-100 (1%) | Thermo Fisher Scientific | HFH10 | |
Trypsin-EDTA (0.25%) | Thermo Fisher Scientific | 25200056 | |
TWEEN 20 | Sigma-Aldrich | P9416 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved