AFM와 Microrheology Zebrafish 태아 노른자위 셀에

전체적 프로세스의 biomechanical 제어 기본 원리는 크게 정의 되지 않습니다. Biomechanical 연구 분자 및 세포 수준에서 상당한 기세, 수집 하는 동안 biomechanical 매개 변수는 조직/유기 체 수준에서의 탐사 초기 단계에 있다. 유체역학 회귀¹ 또는 비디오 강제로 현미경² 레이저 미세³, 또는 덜 침입적 인 원자 힘 현미경 (AFM) 천연된 셀⁴ 의 능동 및 수동 세력을 구별 하는 연구를 허용 또는 vivo에서 ⁵ 또는 나노 microrheology⁶ 조직의 기계적 특성 및 응답의 기대를 수 있습니다.

AFM는 표면 거칠기 및 시험된 표면⁷접촉 시 캔틸레버 팁의 편향에서 준수 해결 원자 고해상도 3 차원 지형 기술입니다. AFM을 사용 하는 다른 방법론 마찰, 접착 힘, 및 다양 한 재료의 점 탄성 특성 측정을 포함 하 여 표면 특성을 조사 하기 위해 개발 되었습니다. 최근, AFM은 생물 학적 샘플의 기계적 특성에 대 한 정보를 검색 하는 강력한 도구로 떠오르고 있다. 특히, AFM 비 접촉 추출할 수 복잡 한 전단 계수 단일 셀에서 알려진된 벤딩 일정⁸의 캔틸레버에 연결 된 마이크로 팁과 진동 들여쓰기를 적용 하 여. 우리 결과 세력을 유추할 수 있습니다. 그러나, AFM은 고유 하 고 다른 방법론 개별 셀에서 데이터를 유 변 학적 및 기계적 특성을 추출 허용 (예: Micropipette 포부⁹, 자석 cytometry (MTC)¹⁰, 왜곡 또는 단축 인장 테스트¹¹).

그러나, 복잡 한 전체적 프로세스에 이러한 새로운 방법론의 응용 프로그램은 간단 합니다. 미 발달 직물의 기계적 특성을 결정할 때 직면 하는 주요 과제는 작은 m m (µ m), 소프트 (10에² -10⁴ Pa 범위) 및 소재¹²의 탄성 (시간에 따른 현상 주는 상승) 자연. 그것은 따라서 배아와 개발 생물의 특정 경우에 기계적 성질 (강성, 점도, 접착)의 결정에 대 한 고용 하는 방법에 적응 하는 것이 중요. 두 가지 중요 한 문제는 고려해 분석 유 변 학적 접근 연구 개발 필요가: 간섭 방해를 방지 하 고 쉽게 액세스를 제공. 이 시나리오에서는 micropipette 포부, MTC와 인장 테스트 한계 전시. 첫 번째 경우, 셀 앓고 높은 변형의 생리 적 및 기계적 특성⁹변경할 수 있습니다. 두 번째의 경우, 단단히 준수 적용 스트레스 로컬로 골격 변형 되도록 기판에 실험 조직 필요 수 또한 효과 세포의 활성화 상태에서 그리고, 따라서, 그들의 기계적 기능¹⁰ 소개 . 마지막으로, 단축 인장 접근 유기 체 및 접근성¹¹개발의 형상에 의해 제한 됩니다.

AFM는 어떤 성가신 샘플 준비 없이 그들의 자연 환경에서 직접 수 생물 샘플의 연구 개발 프로세스의 연구에 대 한 더 나은 적합 것으로 보인다. 또한, 미 발달 직물의 분리는 일반적으로 어려운, AFM 프로브의 감소 된 크기 중간 (수성 또는 비 수성), 샘플 온도, 또는 화학 제품의 종류의 선택에서 제한 된 다양성의 높은 학위를 제공 샘플의 구성입니다. AFM는 큰 도메인에 적용 하 여 비늘 시간 충분히 다양 하 고 발달 단계로 또는 생리 적 조건에 조직의 소재 속성을 검색 하 고용 되었습니다. 전체 기본 조직 지형 관점에서 그리고 sclera, 같은 일부 경우에 동맥¹³ 또는 뼈¹⁴ 연구와 같은 기계적 성질도 검색된¹⁵있다. 지 세는 Xenopus¹⁶morphogenesis 동안 예를 들어, 셀 재배치의 시각화를 허용 하는 라이브 배아에서 탐구 했다. 마지막으로, 포괄적인 샘플 준비 프로토콜 다른 발달 과정 동안 기계 매개 변수를 확인 하기 위해 개발 되었습니다. 나노 지도 병아리 배아 소화 관¹¹;에 대 한 네이티브 떼어낸된 조직 섹션에 생성 된 접착성 및 기계적 속성 개별 ectoderm, mesoderm, 및 endoderm 조상 셀 gastrulating zebrafish 태아⁴;에서 격리에 대 한 검색 강성 측정 epiblast 및 조류 배아¹⁷; explants에 원시 조 흔에 대 한 수행 그리고 강성 그라디언트 Xenopus⁵의 배아 뇌에 직접 정의 된의 뚜렷한 패턴.

배아 발달을 탐험에 대 한 AFM을 적용 하기 위한 상당한 질적 도약 접근 하는 간단한 접근 전체적 프로세스에서 올 수 있습니다. 제 브라 epiboly는 다른 조직을 직접 몇 시간에는 blastoderm의 확장을 제한 된 구체의 공간에 조정 하는 필수 및 보존 이벤트입니다. 제 브라 epiboly (구형 단계)의 발병에 표면 층의 세포, 무기력 레이어 (EVL), blastomeres 대규모 노른자위 syncytial 셀에 배아의 동물 극에 중심의 반 둥근 모자를 다루고 있습니다. Epiboly는 EVL의 외피 식물 구 확장 blastoderm, 및 노른자위의 주위 syncytial 노른자위 셀 (E-YSL)의 외부 층의 깊은 세포 (DCs)으로 구성 됩니다. Epiboly는 EVL 및 식물성 극^18,,1920에 Dc의 폐쇄와 함께 끝납니다. 어떻게 그리고 어디 힘 epiboly 동안 생성 되 고 아직^1,21을 명확 되지 않습니다 어떻게 그들은 세계적으로 결합 하는.

여기 우리가 자세히 AFM zebrafish 노른자위에서 epiboly 진행 하는 동안 수동 기계 조직 속성 vivo에서세포 유추 적용 하는 방법을 설명 합니다. 이렇게 하려면, 우리는 AFM 캔틸레버로 프로브에 연결 하는 작은 스피어 고용. 균일 하지 않은 노 른 자 세포 표면 및 시간이 지남에 정지와 그라디언트 및 그들의 역학을 공부 정확한 지역 정보를 검색할 수 있습니다. 대체 AFM 등 쐐기 캔틸레버²²를 사용 하 여 접근, 하지 렌더링 로컬 데이터를 충분히 정확한 것입니다. 캔틸레버 끝에 샘플 크기 보다 큰 쐐기 하기 매우 조심 조작 기술이 필요 합니다, 쐐기 기법은 배아를 검색 하는 데 적합 (~ 2-fold 캔틸레버의 길이 보다 큰) 역학.

모델링 및 질적, 양적 방법으로 셀의 점 탄성 특성 그들의 역학에 대 한 향상 된 이해에 대 한 수 있습니다. Biomechanical 관점에서 epiboly, 그리고 대뇌 피 질의 긴장 측정 및 역학, AFM;에 의해 추출 될 수 있다 수요 지식 뿐 아니라 이해 하는 것이 필수적입니다. 따라서 조직의 생물 속성에 대 한 내용은 필요가 있다. 이 정보를 추출 하 셀 유동성 기법의 다양 한 다른 생리 적인 조건²³에서 다른 세포 유형 성격을 나타내기 위하여 수 년에 걸쳐 개발 되었다. 그들은 AFM, MTC, 및 광학 핀셋 (OT)이 포함 됩니다. 그러나 이러한 방법에는,, 입증 되었습니다 배아 또는 장기의 규모에서 생체 분석에 대 한 부적 절 한. 대신, 우리가 성공적으로 나노 추적 microrheology⁶ 유 변 학적 측정 비보에 적응 했습니다. 이 기술은 개별 입자의 브라운 변위를 분석 하 고 로컬 micromechanical 속성을 유추.

함께 AFM와 나노 microrheology epiboly 동안 대뇌 피 질의 정지와 역학의 정 및 노른자위의 내부 기계적 특성을 수 있습니다. 이 정보는 완전히 있는 이방성 스트레스는 EVL의 변형 응답에 있는 다름 결과로 개발 하 고 전자-YSL 피 등방성 actomyosin 수축 노른자위 세포질 레이어 (YCL)은 필수적인 모델 지지 EVL와 epiboly 진행¹의 방향 순 이동.