Method Article
Bu makalede, mikro akışkan cips üretim ve kullanım ömrü ve tek bir maya hücrelerinin hücresel fenotipleri ölçmek için mikro-akışkan deney kurulumu için optimize edilmiş bir protokol sunulur.
Budding yeast Saccharomyces cerevisiae is an important model organism in aging research. Genetic studies have revealed many genes with conserved effects on the lifespan across species. However, the molecular causes of aging and death remain elusive. To gain a systematic understanding of the molecular mechanisms underlying yeast aging, we need high-throughput methods to measure lifespan and to quantify various cellular and molecular phenotypes in single cells. Previously, we developed microfluidic devices to track budding yeast mother cells throughout their lifespan while flushing away newborn daughter cells. This article presents a method for preparing microfluidic chips and for setting up microfluidic experiments. Multiple channels can be used to simultaneously track cells under different conditions or from different yeast strains. A typical setup can track hundreds of cells per channel and allow for high-resolution microscope imaging throughout the lifespan of the cells. Our method also allows detailed characterization of the lifespan, molecular markers, cell morphology, and the cell cycle dynamics of single cells. In addition, our microfluidic device is able to trap a significant amount of fresh mother cells that can be identified by downstream image analysis, making it possible to measure the lifespan with higher accuracy.
mayayı tomurcuklanan araştırma yaşlanma güçlü bir model organizmadır. Bununla birlikte, mayada, geleneksel bir ömrü deneyi sadece emek yoğun değil, aynı zamanda, düşük verimlilik, 1, 2 olan mikrodiseksiyon dayanır. yaşlandıkça Ayrıca, geleneksel mikrodiseksiyon yaklaşım bekar bir anne hücrelerde çeşitli hücresel ve moleküler özelliklerinin ayrıntılı bir görünümünü sağlamaz. Mikro-akışkan cihazlarının gelişimi maya ömrü ölçmek için hem de ana hücreleri, 3, 4, 5, 6, 7, 8, ömrü boyunca moleküler işaretçileri ve çeşitli hücre fenotipleri takip otomatik bir prosedür sağladı. Maya hücreleri, bir mikro-akışkan cihazın içine yüklendikten sonra, bunlar otomatik zaman tur kullanılarak mikroskop altında izlenebilenE görüntüleme. Işleme araçları görüntülenmesi sayesinde, çeşitli hücresel ve moleküler fenotipleri, 3 elde edilebilir 6 kullanılarak elde edilmesi zor veya imkansız olan birçok vb ömrü, boyut, floresan haberci, hücre morfolojisi, hücre döngüsü dinamiği, dahil olmak üzere, 8, geleneksel mikrodiseksiyon yöntemi. Mikroakışkan cihazlar birkaç yıl önce 3, 4, 6, 7 başarılı gelişme beri maya yaşlanma araştırmalarında önem kazanmıştır. Çeşitli gruplar sonradan daha erken tasarımları 5 varyasyonları yayınlanan ve birçok maya laboratuarları kendi çalışma için microfluidic cihazlar kullanmışlardır.
üstel büyümeyi geçiren bir hücre kültüründe, gözlem için mevcuttur yaşlı anne hücre sayısı miniscu olduğunule. Bu nedenle, ömrü ölçümler için mikro-akışkan cihazının genel tasarım prensibi anne hücreleri korumak için ve kızı hücreleri kaldırmaktır. Bu tür tasarımlar maya asimetrik hücre bölünmesini uğrar gerçeği kullanır. Cihaz irade kapanı büyük anne hücrelerinde yapı ve izin küçük kızı hücreleri uzakta yıkanacak. Bu makalede açıklanan mikro-akışkan çip tuzak ana hücrelere yumuşak polidimetilsiloksan (PDMS) ped (dikey sarkık sütun) (Şekil 1) kullanır. Benzer bir tasarıma sahip cihazlar daha önce 3, 4, 6, 7 bildirilmiştir. Bu protokol microfluidic cihazlar ve zaman atlamalı görüntüleme deneyleri için optimize edilmiş basit bir hücre yükleme yöntemi üretmek için daha basit bir prosedür kullanır. mikroakışkan cihaz önemli parametrelerden biri tuzak ana hücrelere kullanılan PDMS pedleri genişliğidir. Bizim dihaz hayatları boyunca izlenebilir taze anne hücrelerinin önemli bir kısmı dahil olmak üzere her yastık altında daha anne hücreleri tutabilir geniş yastıkları kullanır. Hücreler nesiller veya tüm ömrü boyunca bir gözlem gereklidir için izlenmesi gereken zaman ömrü ölçümlerine ek olarak, bu protokol, tek bir hücre zaman atlamalı görüntüleme deneyleri için kullanışlıdır.
1. Silikon Gofret Kalıp İmalat
NOT: Işık maskesi AutoCAD yazılımı ile tasarlandı ve ticari bir firma tarafından üretilmektedir. Bu tasarım farklı desenler (üç kat içerir Ek İçerik 1 ). Birinci, ikinci ve üçüncü tabakaların yükseklikleri sırasıyla yaklaşık 4 um, 10 um ve 50 um olan. Silikon gofret kalıp yumuşak litografi 9, 10 kullanılarak photomask oluşturuldu.
2. mikroakışkanÇip Fabrikasyon
3. Deney hazırlığı
Deneylerden sonra, hücreler ve birçok hücresel ve moleküler fenotipleri yaşam süreleri kaydedilmiş zaman atlamalı görüntüleri elde edilebilir. her bir hücreden ekstre edilebilir, farklı bir dizi özellik olduğundan, analiz ilk adım, pozisyonları ve hücre sınırları ve izlenen çeşitli olayların zamanlama dahil olmak üzere hücreleri ve olayları, açıklama şekildedir tomurcuklanan olaylar olarak. Bu ek açıklamalar daha kolay gelecekte farklı özelliklere hücrelerin aynı setine dönmek ve analiz etmek için yapacaktır. Gibi ImageJ 11 ve ilgili eklentileri, görüntü analizi yazılımını kullanarak, fenotiplerin listesi daha sonra hücrelerin kayıt açıklamaları kullanarak resim verilerinden elde edilebilir.
mikroakışkan cihazı ile ölçülen fenotipleri birkaç örnek aşağıda verilmiştir. maya ömrü fenotipiHer hapsolmuş ana hücre tarafından üretilen tomurcukları sayısının sayılması ve Kaplan-Meier tahmin ile tahmin edilerek elde edilebilir. Başlangıçta mikroakışkan cihazlar içinde sıkışıp hücreler bilinmeyen yaştan bulunmaktadır. Bu bilinmeyen yaş gelen ömrü ölçümlerinin verevi en aza indirmek için, daha önceki yöntemler ömrü 4, 7 kalibre Yakalanan hücreleri üzerinde tomurcuk izleri ortalama sayısı kullanılır. Ancak, tomurcuk yara ölçümleri hücrelerin ilave boyanma gerektiren ve önyargı sadece dolaylı bir tahmin sağlayabilir. Bu protokolü kullanarak, cihaz sık zaten tuzağa hücrelerden kapalı budded taze kızı hücrelerini hapseder. Bu hücreler daha sonra anne hücrelerine dönüşür. Bu tür hücreler bizim mansap görüntü analiz yazılımı (Film 1) kullanılarak tespit edilebilir. Bunlar taze anne hücreleri daha doğru bir ömrü ölçümü sağlar. Şekil 2'de gösterildiği gibi, taze ana hücrelerin ömrü eğrileri iştigal edildibilinmeyen yaş hücrelerin olanlarla kırmızı. Bu deneyde, taze anne hücrelerinin ortalama ömrü (medyan ömrü farkı yaklaşık 2 kuşak) biraz daha uzundu.
Tomurcukları, Şekil 3'te gösterildiği gibi, iki ardışık tomurcuklanan olaylar arasındaki zaman aralığı olarak diğer ilginç fenotip, sayısına ek olarak, görüntüleme verileri 3, 7, 8 elde edilebilir. Hücreler daha yavaş bir kaç başlangıç buddings aşağıdaki hızlı tomurcuklanma dönemine girdi. tomurcuklanma bu yaş hücrelerin sağlıksız durumunu belirten yaşamlarının sonuna doğru dramatik yavaşladı. Hücre döngüsü dinamikleri genç ve yaşlı hücrelerin hücresel durumuna dair çok faydalı bilgiler içerir ve telomeraz mutantlar 12 karakterize etmek, örneğin, kullanılmıştır. Önemli olan, bu cihaz olabiliryaşlanma sürecinin bir sürücü olabilir moleküler markörlerin takibi için izin ömrü (Şekil 4) boyunca floresan sinyalleri ölçmek için kullanılır.
Şekil 1: mikro-akışkan cihazının tasarımının şematik bir. Cihaz paralel olarak çalışabilir 6 bağımsız fonksiyonel modülden oluşmaktadır. Her bir modül, iki yan kanallara bağlı bir ana kanal yapılmıştır. Her bir yan kanal 113 sarkık sütun bulunmaktadır. Ek bir köprü, iki yan kanallar ile ana kanal bağlamak için orta ilave edilir. Daha küçük kızı hücreleri uzakta akışı ile yıkanır ise anne hücreleri pensile sütunlar altında sıkışıp vardır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 2: Taze anne hücreleri bilinmeyen öyküsü olan hücrelerden daha uzun yaşar. bilinmeyen tarihinin hücrelere karşı taze anne hücrenin kopyalanma ömrü SD medya, 30 derece (hücreler deney başlangıcından itibaren sıkışıp). Ortalama olarak, taze anne hücreleri yaklaşık 2 kuşak uzun yaşar. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3: yaş hücre olarak aralıkları değişiklik tomurcuklanan uzunluğu. buddings arasındaki zaman dilimlerinde olarak ölçülen tomurcuklanma aralıkları renk kodlu, hücreler kendi çoğaltma ömrü tarafından emredildi edildi ve taze anne hücreleri Eylül edildibilinmeyen tarihin hücrelerinden arated. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 4: bir mikro akışkan cihazı kullanılarak Isı Şoku Faktör 1 (HSF1) aktivitesini ölçer. Hsf1-aktivite raportör HSE yukarı 13 ile sakat CYC1 promotöre kaynaşık, yeşil floresan proteini (GFP) ile inşa edilmiştir. Floresan görüntüleri her 30 dakikada alındı. GFP yoğunluğu daha sonra bir özel MATLAB 14 kullanılarak belirlenmiştir. her bir hücre için veri noktaları bağlı ve bir renkli hat ile gösterilir. Bu deneyde, soy bir gece boyunca 30 ° C'de% 2 glikoz (ağırlık / hacim) ile SD ortamı içinde büyütülmüştür; bu daha sonra geri kazanımı için aynı ortam ile seyreltildi. sonrasında,% 0.05 glukoz (ağırlık / hacim) ile SD ortamı floresans ölçüm sırasında mikro akışkan çip hücrelerin büyümesi için kullanılmıştır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Film 1: Taze anne hücrelerinin bir örneği bütün ömrü boyunca cihazın içinde hapsolmak. Film bir tuzağa hücreden doğan bir taze anne hücreyi gösterir. Filmin başında kırmızı ok taze anne hücre ve ilk tomurcuklanma konumunu işaretler. Bu anne hücresi onun bütün ömrü boyunca mikroakışkan cihaz sıkışıp oldu. Bu videoyu görmek için lütfen buraya tıklayınız. (Indirmek için sağ tıklatın.)
PDMS cihazı taze yapılmış olması gerekmektedir. Aksi takdirde, cihaz içine tüpler sokulması neden olduğu hava kabarcıkları uzaklaştırmak için zor olacaktır. Adım 3.4 hücrelerini yoğunlaşarak hücre yükleme verimliliğini artırmak için önemlidir. Deneyin verimini arttırmak için aynı PDMS çip üzerinde 4 ila 6 modül bağımsız olarak çalışan pompalar genellikle eş zamanlı olarak 4 ila 6 farklı deneyler (farklı tür ya da ortam bileşimler) gerçekleştirmek için kullanılan bağlı.
(Mikrodiseksiyon kullanır), geleneksel maya replikatif yaşlanma deneyi ile karşılaştırıldığında, burada sunulan mikro-akışkan yöntemini daha az zahmetli ve zaman alıcıdır. Ayrıca, mikro-akışkan aygıt, hücre boyutu, hücre döngüsü dinamiği, hücre morfolojisi ve çeşitli moleküler markörler dahil olmak üzere çeşitli hücre ya da moleküler parametreler, ayrıntılı ölçümü için izin verir. Bu mikro akışkan yöntem istinat tarafından yüksek çözünürlüklü mikroskopi izlemeyi uzun vadeli hücresini eldekızı hücreleri olarak PDMS mikro yastıkları altında anne hücreleri otomatik olarak temizlendi.
Bu cihaz, Huberts ve diğerleri gibi benzer temel yapıya sahip, tuzak ana hücre 4 yumuşak PDMS mikro pedleri kullanır. eserinde 7'de tarif. Cihaz tasarımı ve deneysel protokollerde farklılıklar vardır. Bu cihaz daha geniş PDMS yastığı, bazı yeni doğmuş yavru hücrelerin tuzak ve (Şekil 2 ve 3, Film 1) analiz edilebilir. Bu tür hücreleri belirlemek için, tomurcuklanan olmadan akıp kızı hücrelerini görmezden zaten hapsolmuş ana hücrelerinden aşılı yavru hücreler, açıklamalı. Ortalama her PDMS ped başına yaklaşık 2 taze anne hücre aldılar. 2, yaklaşık üçte biri bütün ömrü boyunca cihazın tutuldu aralarında: bilinmeyen tarihinin hücrelere bu taze anne hücrelerinin oranı yaklaşık 1 oldu. Bu hücreler, daha doğru bir ömrü ölçümü, bir izind mümkün anne ve kızı hücreleri arasındaki korelasyon analiz yapmak. Bu cihazda, daha derin bir ana kanal, gözlemin yapıldığı iki sığ yan kanallar bağlanır; Bu tasarım büyük hava kabarcıkları tarafından engellenmiş yan kanalların olasılığını azaltmak için yardımcı olur. mikroakışkan yonga üretimi için, bu protokol, aynı zamanda, sadece bir başarı oranı artar plasma ve fırında pişirme kullanılarak PDMS ve cam kapak bağlanması için basit bir yöntem kullanır.
Bu protokol ile, mikro-akışkan cihaz vahşi tip haploid maya suşları (örneğin, BY4741 veya BY4742) için deneyin başlangıcında sağlam tuzak PDMS pedi başına en az bir hücre (ortalama 3-5 hücre) edebilmektedir. Hücrelerin yaklaşık% 30 onların bütün ömrü boyunca muhafaza edilebilir. Bu PDMS cihazın performansının sarkık sütunlar ve cam ve maya hücrelerinin boyutu arasındaki boşluk büyüklüğüne bağlı olduğu kayda değerdir. Yabani tip haploit maya suşları için,boşluk için uygun olan boyutu 3.5-4.5 um. Bu aralığın, keskin yükleme verimliliği ve hücre tutma oranı düşüş dışında. Bu nedenle, daha büyük veya daha küçük bir hücre boyutu 7 maya suşları için yeni cihazlar aşama 1 'de yapılan birinci tabakanın yüksekliği değiştirerek imal edilmelidir.
Özet olarak, bu makalede açıklanan cihaz ve protokol değil maya yaşlanma çalışmaları için uygundur, aynı zamanda anne hücrelerinin izleme ve nesillerdir veya ömrü boyunca moleküler belirteçlerin kontrol edilmesi gereken diğer denemeler için de geçerlidir.
The authors declare that they have no competing financial interests.
This research was supported by NIH Grant AG043080 and the National Natural Science Foundation of China (NSFC), No. 11434001. We thank Lucas Waldburger for proofreading the manuscript.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3'' <111> silicon wafer | Addison Engineering | ||
SU-8 2000 and 3000 Series | MicroChem | ||
Sylgard® 184 Silicone Elastomer Kit | ellsworth | 2065622 | Include Sylgard® silicone elastomer base and curing agent |
Petri dishes | VWR | 391-1502 | |
Harris Uni-core™ punch (I.D. 0.75 mm) | Sigma-Aldrich | 29002513 | |
24 mm x 40 mm SLIP-RITE® cover glass | Thermo Fisher Scientific | 102440 | |
3M Scotch Tape | ULINE | S-10223 | |
VWR® Razor Blades | VWR | 55411-050 | |
Pure Ethanol, Koptec | VWR | 64-17-5 | |
Whoosh-Duster™ | VWR | 16650-027 | |
5 mL BD Syringe (Luer-Lock™ Tip) | Becton, Dickinson and Company | 309646 | |
PTFE Standard Wall Tubing (100 ft, AWG Size: 22, Nominal ID: 0.028) | Component Supply Company | SWTT-22 | |
Needle Assortment | Component Supply Company | NEKIT-1 | |
Desiccator | HACH | 2238300 | |
Lab Oven | Fisher Scientific | 13246516GAQ | |
Nikon TE2000 microscope with 40X and 60X objective | Nikon | ||
Zeiss Axio Observer Z1 with 40X and 60X objective | Zeiss | ||
Syringe Pump | Longerpump | TS-1B |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır