견인력 현미경법

Traction force microscopy

트랙션포스 현미경법(TFM)은 생체세포표면에서의 거래를 체외세포 매트릭스(ECM) 내에서 주위 변위장 측정치를 취득함으로써 결정하는 실험방법이다.

개요

세포-ECM과 세포-세포 상호작용의 동적 기계적 거동은 괴사, 분화, 접착, 이동, 이동, 그리고 성장을 포함한 광범위한 세포 기능에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다.TFM은 실험적으로 관찰된 ECM 변위를 이용하여 셀 표면에서의 트랙션 또는 응력 벡터를 계산합니다.TFM 이전에는 [1]세포 주위의 실리콘 고무 기판 주름이 있는 세포 거래를 관찰했지만, 주름이 비선형적이고 예측 불가능한 거동으로 인해 그러한 기술의 거래의 정확한 정량화가 어렵습니다.몇 년 후, TFM이라는 용어는 기판 변형 측정을 추정 트랙션 [2]응력으로 변환하기 위해 만들어진 보다 진보된 계산 절차를 설명하기 위해 도입되었습니다.

일반적인 방법론

기존의 TFM에서는 형광 마이크로스피어(일반적으로 직경이 0.2~[3][4][5][6][7]1μm인 라텍스 비즈)가 내장된 광학적으로 투명한 3D ECM 위에 또는 그 안에 세포 배양물을 심습니다.이 목적을 위해 광범위한 천연 및 합성 하이드로겔을 사용할 수 있으며, 그 전제조건은 재료의 기계적 거동이 잘 특징지어지고 하이드로겔은 세포의 생존성을 유지할 수 있다는 것이다.셀은 자체 힘을 이 기판에 가하여 결과적으로 주변 ECM의 비드를 교체합니다.일부 연구에서, 세제, 효소 또는 약물은 세포 골격을 교란시키기 위해 사용되어 세포에 의해 생성된 거래를 바꾸거나 때로는 완전히 제거한다.

첫 번째 화상은 고립된 셀을 둘러싼 마이크로스피어의 기준구성이며, 두 번째 화상은 세포에 의해 현재 변위된 마이크로스피어로 둘러싸인 동일한 고립된 셀인 한 쌍의 화상으로부터 연속 변위 필드를 계산한다.공초점 형광 현미경은 보통 세포 표면과 형광 비즈를 촬영하기 위해 사용된다.변형된 구성과 변형되지 않은 구성 사이의 변환 변위 필드를 계산한 후 변형 필드를 계산할 수 있다.이 변형장으로부터 주변 하이드로겔 재료의 응력 변형 거동 또는 구성 모델을 알고 셀을 둘러싼 응력장을 계산할 수 있다.셀 표면의 정규 벡터를 3D 영상 스택에서 얻을 수 있는 경우, 한 단계 더 나아가 스트레스 필드를 사용하여 셀 표면의 트랜잭션을 계산할 수 있습니다.이 절차는 미세구 변위로부터 셀 트랜잭션을 얻는 일반적인 방법이지만, 일부 연구는 트랙션 필드를 [8][9][10]생성하기 위해 역계산 알고리즘을 성공적으로 사용했습니다.

제한 사항

TFM으로 복구할 수 있는 트랙션 필드의 공간 분해능은 [11]면적당 변위 측정 횟수에 의해 제한됩니다.독립적인 변위 측정의 간격은 실험 설정에 따라 다르지만, 일반적으로 1마이크로미터 정도 됩니다.셀에 의해 생성되는 트랙션 패턴은 종종 더 작은 국소 최대값과 최소값을 포함합니다.TFM을 사용한 로컬 셀룰러 트랙션의 미세한 차이를 검출하는 것은 여전히 어려운 일입니다.

어드밴스

2D TFM은 강성이 조절 가능한 얇은 기판 표면에 단층으로서 세포를 배양하고, 기판 표면 부근의 미세구는 세포-ECM 접속을 통해 변형을 일으키며, 마찬가지로 ECM의 얇은 층 위에 2.5D 세포배양을 성장시켜 희석된 구조용 ECM 단백질을 첨가한 배지에 혼합한다.ve 셀과 기질.TFM의 대부분의 주요 작업은 2D 또는 2.5D로 수행되었지만, 많은 세포 유형은 체외 환경 [12]내에서 진정으로 생리적으로 현실적인 방식으로 동작하기 위해 3D ECM의 복잡한 생물물리학적 및 생화학적 신호를 필요로 합니다.

서브볼륨의 회전 또는 스트레치가 클 경우 대부분의 TFM 기법이 선형 탄성에 기초한 계산 프레임워크를 채택하기 때문에 셀 표면 트랜잭션 계산에 오류가 발생할 수 있습니다.최근 TFM의 발전으로 셀은 최대 40%의 변형률을 보일 수 있으며, 이는 큰 [13]변형률을 설명하기 위해 유한 변형 이론 접근방식을 사용해야 한다.

적용들

TFM은 공간적으로 분리된 개별 셀의 표면에서 트랜잭션을 관찰하기 위해 자주 사용되지만, TFM의 변형은 다세포 시스템의 집단 행동을 분석하는데도 사용될 수 있다.예를 들어 세포 이동 속도와 플리토텍시스는 단층 스트레스 [14]현미경법이라고 하는 접근방식으로 세포 단층 시트의 계산된 스트레스 변동 맵과 함께 관찰된다.단세포와 합류하는 세포층의 기계적 동작은 단분자가 전쟁 상태를 경험한다는 점에서 다르다.또한 세포 극성 및 [15]이행의 변화보다 먼저 발생할 수 있는 트랜잭션의 재배포의 증거도 있습니다.

TFM은 이중축 연구에도 특히 유용한 것으로 입증되었습니다.

TFM은 최근 큰 거래를 일으키는 세포가 [16]낮은 거래를 하는 세포보다 더 침습적이라는 가설로 암세포 침입의 메커니즘을 탐구하기 위해 적용되었다.또한 TFM의 최근 연구 결과가 말초 신경계,[17] 동맥 이식 [18]및 상피 피부 [19]세포의 재생과 조직 엔지니어링을 위한 최적의 발판 설계에 기여할 것으로 기대된다.

레퍼런스

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