细胞生物学中的微模式，B部分（卷120）——micropatterning in cell biology ,part B（Volume 120）
作者：Matthieu Piel, Manuel Théry
出版：academic press
索书号：Q2/M592/2014/V.120/Y
ISBN： 978-0-12-417136-7
藏书地点： 武大外教中心
本书提供了一种在体外产生有丝分裂纺锤体阵列的详细方法。纺锤体是由未受精的非洲爪蟾卵提取而成，其中含有有丝分裂纺锤体的所有细胞成分。该方法基于利用深紫外光化学方法将涂有色素的珠粒按研究需要的模式附着在玻璃表面。固定化的珠粒充当人工染色体，并诱导有丝分裂纺锤体的形成。为了进行实验，在染色质模式上组装了一个腔体，将爪蟾卵提取液注入其中，孵育后用共焦显微镜对纺锤体成像。
肌动蛋白细胞骨架在许多细胞过程中起着重要作用。超微结构研究揭示了肌动蛋白极其复杂的结构，其中肌动蛋白丝自组织成具有特定功能的特定结构，而且能够选择性地吸收整个细胞体积中可用的生化调节因子。为了克服这种特殊的复杂性，简化的重组系统显著提高了我们对肌动蛋白动力学和自组织的理解。然而，关于控制actin网络组织的物理规则，以及网络结构在何种程度上可以指导和调节与特定调控器的选择性交互知之甚少。本书描述了第一种方法，直接将肌动蛋白丝组装到特定的二维图形与精细调整的几何形状和相对分布。这种方法使研究几何约束如何控制肌动蛋白网络结构组织，以及反过来，结构线索如何控制肌凝蛋白马达的选择性收缩成为可能。该方案依赖于使用表面微图案和功能化程序，以选择性地直接将肌动蛋白丝组装到成核的特定位置。
描述了一种控制聚合微管(MTs)方向和极性的方法。利用紫外(UV)微图技术结合稳定的MT微种子，实现了动态MT网络特定几何形状的重构。该过程由三个主要部分描述，首先，表面钝化，以避免蛋白质的非特异性吸收，使用不同的聚乙二醇(PEG)为基础的表面处理。其次，特定的粘合剂表面(微图案)是通过使用深紫外分光光度计印迹。最后，将MT微粒子粘接在MT聚合后的微图案上。
脂质双层膜是活细胞的一个核心结构特征，具有广泛的功能，包括细胞器的划分、介导细胞与环境的相互作用以及调节细胞内信号传递过程。通过在体外还原剂模型中捕捉天然膜的流动性，底物支持的脂质双层膜已成为这些结构的一个引人注目的模型系统。此外，在微尺度和纳米尺度上控制该系统的组成和流动性的能力激发了生物学和生物技术研究的一些新途径。在这里，描述了用于创建多组分脂质双分子层的关键方法，讨论了使这些系统成为重要的设计考虑，并在了解近分泌细胞信号的特定上下文中演示了这一过程。将不同的制备技术结合在一起，首先对a表面形成阻挡脂质扩散的屏障，然后在空间上控制该表面暴露于脂质小泡中，导致局部形成不同组成的双层膜。这个多组分系统被用作一个平台来模拟T细胞和抗原呈递细胞的自然组织，通过呈递配体到T细胞受体和淋巴细胞功能相关的抗原-1，这些抗原-1被连接到分离的、紧密并列的双分子层区域。此外，还讨论了利用脂质光化学聚合来制版双层膜的其他技术。通过评估膜在有图案的脂质双层膜中的相互作用所收集的信息，可能会导致基于膜的生物医学设备的发展，用于进行新的基于细胞的检测，以及潜在的针对膜或膜相关成分的高通量药物筛选。
微管尖端与细胞皮质或其他细胞成分(如激动点)之间的局部相互作用，在细胞极性、细胞器分布、微管aster和染色体定位等基本细胞过程中发挥着重要作用。在这里，我们提出了两种体外实验，通过使用选择性功能化的微屏障来模拟微管-皮层的相互作用，从而使蛋白质具有一系列的亲和力。我们分别描述了用自组装的硫醇单分子层或聚赖氨酸聚乙二醇(乙二醇)制造金或玻璃屏障的微加工过程，这些加工后的屏障之后的功能化。使用镍-硝基三乙酸(Ni(II)-NTA)功能化结合his标记蛋白，可获得较低的亲和相互作用，并可随着咪唑的加入而进一步调整。单NTA和三NTA化合物都被使用。我们展示了一种实验来重建动态微管尖端和屏障连接的动力蛋白之间的“端对端”相互作用，模拟皮质和运动细胞的情况。在第二项实验中，我们模拟细胞分裂间期酵母细胞中细胞端标记物向细胞两极转移的过程，重新构建了基于微管的末端到蛋白传递和功能化屏障的过程。
描述了细胞外基质蛋白在二维平面聚丙烯酰胺(PAA)凝胶上的微结构。该技术分为两部分。首先，用深紫外光在玻璃上或直接在掩模上产生微图案。然后将凝胶直接聚合在模板上，将微图案转移到丙烯酰胺凝胶上。这种方法操作简单，不需要任何昂贵的设备，也没有太大的时间限制。它结合了其他现有技术的优点：空间分辨率好，适用于非常软的凝胶，不需要使用化学交联剂将蛋白质附着到丙烯酰胺上，不需要通过该过程改变凝胶的机械性能，适用于多种蛋白质的图案。我们还讨论了这种基板的存储问题，并简要回顾了其他用于PAA上微图案的现有技术。
本文描述了一种在玻璃上对细胞进行动态图案化的方法。首先用含2-硝基硅烷的光可分裂硅烷功能化玻璃基板，然后共轭成细胞排斥聚合物聚乙二醇(PEG)。在吸收近紫外光后，将PEG从表面劈开，使表面由非细胞黏合剂变成细胞黏合剂。该方法不仅可以在空间上控制细胞在基质上的附着(常规模式)，还可以诱导细胞迁移或共培养异型细胞(动态模式)。此外，需要强调的是，该表面由具有薄层功能的普通玻璃覆膜组成，在高分辨率倒置物镜设置下与荧光成像可以相互兼容。在这一章中，描述了硅烷分子的合成过程，光活化表面的制备，以及它在动态细胞图形化中的应用。
从细胞工程到细胞生物学的基础研究，具有应激响应动态表面的细胞微图的方法，在许多研究领域受到了广泛的关注。载玻片表面涂覆有光可分裂聚乙二醇(PEG)脂质，可用于光辐照对细胞固定化和释放的时空调控。在此基础上，很容易设计出制作任何一种细胞的精细微图案的简单方法。此外，目标细胞可以选择性地和快速地从这个表面释放光辐照。在这篇综述中，首先描述了如何通过简单的四步合成从商业上可用的化合物中获得光可分裂的PEG -脂质。接下来，作为一种细胞模式方法，描述了用PEG -脂涂覆基板、将光模式照射到涂覆基板和将细胞加载到辐照表面的协议。这些协议不需要昂贵的设备，并可能适用于任何底物，可以吸附血清白蛋白或化学暴露胺基化合物在其表面。最后，作为一种先进的方法，介绍了微流控装置中PEG -脂表面的细胞释放。本文还讨论了现有动态单元图方法的优点和可能的应用。
描述了用于单细胞研究的微图案表面的设计，基于光图案热响应聚合物刷。这样的表面允许在37°CC时对细胞进行空间控制粘附，并在T <32°CC时对研究细胞进行热收集。
利用刺激反应性化学基团功能化的微/纳米结构表面的制备被证明是一种有趣的方法，可以同时限制细胞粘附，并将细胞与底物的相互作用控制在单个细胞水平。然而，刺激触发系统的可逆性往往是不可能的，或显示缓慢的切换动力学。与此类设置相比，金纳米粒子具有在等离子体共振带的光照下有效且可逆地产生热的特性。因此，光诱导加热可以直接和局部地连接活细胞，并根据其粘附环境动态地调整相互作用。在本章，首先详细介绍微图案和功能化金纳米颗粒的制备固定在玻璃覆膜，然后报告如何可靠地表征这种基板的光热特性，使细胞的动态操作。
基于使用表面涂层材料最初排斥吸附细胞，但可以通过添加一个小功能肽(BCN-RGD)到细胞培养液中使其具有很强的粘附性。该方法可用于触发单个细胞或细胞群的粘附、迁移或形状变化，并可用于创建模式共培养。整个过程可以细分为三个主要部分。第一部分描述了图形化应用程序基板的创建；第二部分描述细胞播种和“点击”触发细胞粘附；最后一部分描述了允许多个模式重叠或创建模式共存的变体。底部材料的APP涂层和粘附的触发只涉及到用水性原液处理表面，这使得任何生物实验室都可以采用这项技术。
本文描述了一种通过将依赖于锚定的细胞固定在模式培养基质的所需区域上，并通过对单个细胞大小的高精度的微模式光投影技术，来制备细胞模式的协议。该方法是基于锚定细胞的Ca2
+依赖黏附原位紫外照射影响，对Ca2 +的去除暂时不敏感的现象。通过重复这一过程，可以构建一个有图案的共培养系统。与使用固定模式基质的传统细胞模式形成鲜明对比的是，细胞播种后细胞保留区域被定义。因此，将该方法与计算机控制的微投影与显微镜相结合，可以实现基于成像细胞术的细胞在基底上的分离。由于这样形成图案的细胞可以在其初始位置之后继续生长和自由迁移，因此该方法有望提供一种有用的细胞操作工具，特别是在细胞在形成图案后自发发育是必要和重要的情况下，例如对细胞迁移的分析。
磁粒子除了通常为人所知的简单的细胞分选和药物递送应用之外，已经成为一种强大的工具，可以对生物活动进行远程控制。虽然这一功能传统上是通过将颗粒与细胞外膜定位的分子(如离子通道和整合素)连接来实现的，但最近通过磁性纳米颗粒对细胞的细胞内刺激已被证明是一种独特而强大的方法，可以使细胞行为在空间上极化。更传统的磁刺激方法是将单个磁性镊子或永磁体放置在生长在基质上的细胞附近，这种方法缺乏分辨率、控制力和伸缩性。传统的单细胞模式方法虽然具有很高的精度和伸缩性，但通常只允许评估细胞对其直接的细胞外蛋白质环境的响应。在这里，我们详细介绍了结合上述方法的方案，以解决阻碍许多生物磁学研究的问题。通过将传统硅微制造的可扩展性和分辨率与现代表面模式能力相结合，我们演示了一种并行进行数千次生物磁学实验的方法，在这种方法中，具有设计好的模式矩阵的单个细胞受到受控的、由电镀的微磁元件引入的重复磁刺激。
真菌细胞的力学特性影响其生长、分裂、形态发生和侵袭性。这些细胞的特点是高的内部膨胀压力所包含的僵硬但有弹性的细胞壁。在这里，我们描述了一种简单而通用的方法来测量真菌的生长力、膨胀压力和真菌细胞壁的弹性模量，使用微制造的不同刚度的聚二甲基硅氧烷井作为单细胞力传感器。我们用棒状分裂酵母裂殖酵母演示了该方法的强度，并强调了该方法如何应用于研究其他壁细胞的力学性能。
分裂酵母细胞是杆状单细胞生物，通常水平成像，其长轴平行于成像平面。这种方向虽然实用，但限制了垂直于细胞长轴的生物结构的成像分辨率。本文提出了一种制备具有微孔的琼脂糖垫的方法，用于垂直加载单个分裂酵母细胞和长轴垂直于成像平面的成像细胞。
上皮细胞的协调运动对于组织的形态形成和稳态是至关重要的，微制造技术已被证明是非常有用的研究集体细胞迁移在体外。在这一章中，简要回顾了微组装基板的使用，为集体细胞行为提供了新的见解。首先描述了微图案基质的发展，以研究几何约束对细胞迁移和协调运动的影响。然后提出了一种基于微柱基板的替代方法，以在细胞板内创建定义良好的缝隙，并研究缝隙闭合。还提供了一个假设，提出了可能的陷阱，并阐明了重要的参数，允许研究长期细胞培养在明确的几何形状的基底上。
《细胞生物学中的微模式，B部分（卷120）》一书于2014年由academic press出版，作者为Matthieu Piel, Manuel Théry。
《细胞生物学中的微模式，B部分（卷120）》一书，作者展现了分离细胞组分的微图化：有丝分裂纺锤体组装在深紫外光化学染色模式上；肌动蛋白装配和收缩的几何控制；微管的微图案；细胞系统用微图案、多组分支持的脂质双层膜；重组功能微管-屏障相互作用；聚丙烯酰胺水凝胶微图案；动态光化学硅烷微图案；动态光化学脂质微图处理非贴壁哺乳动物细胞；热敏微图案基板；制备用于光热处理活细胞的金纳米颗粒微阵列；基于试剂的细胞粘附、形状改变或共培养的动态触发器；透过光诱导细胞黏附增强的紫外光微模式投射细胞模式
从力到酵母的特定应用的微模式；为高通量实验准备编码细胞模式和细胞内定位磁粒子刺激的底物；微型测力室作为探测真菌生长力的力传感器；用软光刻技术在琼脂糖垫上的微孔中垂直观察单个棒状分裂酵母；研究集体细胞行为的微制造环境等主要内容。
《细胞生物学中的微模式，B部分（卷120）》细胞生物学中的微模式专业研究读物，内容全面，语言浅显易懂，除此之外，还包括一些其他的特点：
1、 本书在每一章的结尾突出对未来潜力的展望，以激发在这一令人兴奋和富有成果的研究领域继续研究的新思想和动机。
2、 本书提供了关于化学、结构、模型系统和用于研究细胞生物学中的微模式的见解。一个主要的焦点是细胞生物学中的微模式在不同的生理过程和疾病中的突出地位，以及在不同学科中的应用。这本书旨在阐明细胞生物学中的微模式聚集科学的意义和美，并为希望从事细胞生物学中的微模式研究的学者以及已经从事该领域工作的科学家提供一个切入点。
总的说来，《细胞生物学中的微模式，B部分（卷120）》一书为想要了解的人员提供了清晰的导读路径，作为细胞生物学中的微模式领域的一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。
本书目录
第一部分:分离细胞组分的微图化
第1章-有丝分裂纺锤体组装在深紫外光化学染色模式上
Katarzyna Tarnawska, Céline Pugieux,
François Nédélec
第2章-肌动蛋白装配和收缩的几何控制
Anne-Cécile Reymann,
Christophe Guérin, Manuel Théry,
Laurent Blanchoin, Rajaa Boujemaa-Paterski
第3章-微管的微图案
Didier Portran
第4章细胞系统用微图案、多组分支持的脂质双层膜
Debjit Dutta, Lance C. Kam
第5章-重组功能微管-屏障相互作用
Núria Taberner, Georges Weber, Changjiang
You, Roland Dries, ... Marileen
Dogterom
第二部分:动态微图案
第六章-聚丙烯酰胺水凝胶微图案
Timothée Vignaud, Hajer Ennomani, Manuel Théry
第7章-动态光化学硅烷微图案
Jun Nakanishi
第8章-动态光化学脂质微图处理非贴壁哺乳动物细胞
Shinya Yamahira, Yumi Takasaki, Satoshi Yamaguchi, Kimio
Sumaru,
... Teruyuki Nagamune
第9章-热敏微图案基板
Lionel Bureau, Martial Balland
第10章-制备用于光热处理活细胞的金纳米颗粒微阵列
Julien Polleux, Guillaume Baffou
第11章-基于试剂的细胞粘附、形状改变或共培养的动态触发器
Stijn F.M.
van Dongen, Paolo Maiuri, Matthieu Piel
第12章-透过光诱导细胞黏附增强的紫外光微模式投射细胞模式
Kimio Sumaru, Toshiyuki Kanamori
第三节:从力到酵母的特定应用的微模式
第13章-为高通量实验准备编码细胞模式和细胞内定位磁粒子刺激的底物
Peter Tseng, Dino Di Carlo
第14章-微型测力室作为探测真菌生长力的力传感器
Nicolas Minc
第15章-用软光刻技术在琼脂糖垫上的微孔中垂直观察单个棒状分裂酵母
Li Wang, Phong T. Tran
第16章-研究集体细胞行为的微制造环境
Sri Ram Krishna Vedula,
Andrea Ravasio, Ester Anon, Tianchi
Chen, ... Benoit Ladoux