Когда лучшего инструмента для работы недостаточно, инженеры придумывают, как создать новый. Это то, что Джон Слейтер, доцент кафедры биомедицинской инженерии Университета Делавэра, сделал с помощью метода, называемого микроскопией силы тяги (TFM), который обычно используется учеными, инженерами и биофизиками для измерения сил, создаваемых клетками в окружающей среде.
Ранее в этом году в журнале ACS Applied Materials & Interfaces Слейтер, аспирант биомедицинской инженерии Омар Банда и младший научный сотрудник Центра биовизуализации Делавэрского института биотехнологии Чандран Р. Сабанаягам описали, как они разработали новую безэталонную платформу TFM. что позволяет исследователям проводить больше измерений за меньшее время.
Кроме того, Слейтер и Банда написали пошаговый протокол, описывающий, как изготовить новую платформу TFM с использованием двухфотонной лазерной сканирующей литографии и как реализовать разработанное ими программное обеспечение для получения высокопроизводительных измерений клеток, которое было опубликовано в октябре в Journal of Visualized Experiments.
«Это действительно элегантное инженерное решение давней проблемы», - сказал Слейтер.
Микроскопия силы тяги
Человеческое тело содержит около 37 триллионов клеток. В каждой ткани клетки удерживаются вместе внеклеточным матриксом - сетью молекул, которая включает воду, белки и ферменты для поддержки ваших клеток.
«Отдельная клетка имеет актиновые стрессовые волокна, и когда эти волокна сокращаются, клетка тянет матрикс», - сказал Слейтер. «Величина, которую он притягивает к матрице - общая сила, которую он генерирует, - действительно влияет на его поведение». Это взаимодействие клетки и окружающей среды играет большую роль в регуляции клеточной судьбы и позволяет клеткам ощущать и реагировать на физические свойства своего локального окружения.
Слейтер изучает, как клетки взаимодействуют с окружающей средой, уделяя особое внимание тому, как физические взаимодействия влияют на поведение клеток, и, как и многие ученые в этой области, он полагается на TFM. В традиционном TFM к гибкому гидрогелю добавляются флуоресцентные наносферы. Когда клетки прикрепляются к поверхности геля и тянут ее, пользователь делает снимок, чтобы показать напряженное состояние клеток. Затем клетки удаляются или расслабляются, и делается второе изображение. Измеряя, как далеко флуоресцентные частицы перемещаются между двумя изображениями, пользователь может рассчитать напряжения и силы, создаваемые клетками.
Традиционный TFM имеет некоторые недостатки. Пропускная способность довольно низка, обычно позволяя измерять только несколько клеток за разумное время, а измеряемые клетки обычно приходится разрушать или удалять, чтобы получить эталонное изображение без клеток для измерения деформации и силы. расчеты.
Слейтер решил создать что-то лучшее, что-то неразрушающее и подходящее для высокопроизводительного тестирования. По его словам, команда разработала способ выполнения TFM со встроенным состоянием нулевого стресса, поэтому вам не нужно собирать эталонное изображение с исчезнувшими клетками. Для этого они помещают флуоресцентные маркеры в очень регулярный трехмерный массив внутри геля, используя двухфотонную лазерную сканирующую литографию под визуальным контролем.
«При традиционном методе, когда вы просто вставляете сферы, вы не можете контролировать, где они находятся. Они повсюду», - сказал Слейтер. «Вот почему вам нужно удалить или расслабить клетки, чтобы получить состояние нулевого стресса. Что касается нас, мы точно знаем, где находятся маркеры, поэтому даже когда они находятся под ударением, мы знаем, где было их исходное положение без ударения, потому что это такой регулярный массив».
Это позволяет проводить измерения с гораздо более высокой пропускной способностью. Например, команда недавно измерила силы, генерируемые более чем 60 клетками за очень короткий промежуток времени.
«Мы стремимся совместить это с другими анализами, такими как иммунофлуоресценция, потому что клетки никогда не нужно удалять или расслаблять», - сказал он. «Мы используем это, чтобы понять, какую роль силы, генерируемые клетками, играют в регулировании судьбы клеток, уделяя особое внимание дифференцировке стволовых клеток, поведению раковых клеток и функции кровеносных сосудов».