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異なる生細胞による強磁性ナノワイヤーの内在化


アドリエール・プリナメッロ、朱ディアオ、ジョン・マイケル・デイヴィッド・コイ

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概 要

MC3T3-E1、UMR106-腫瘍細胞、骨髄間質細胞について、接着または浮遊している生細胞がニッケルナノワイヤーを内包する能力を実証した。
ナノワイヤーは電着により製造され、長さ20μm、直径200nmであった。3種類の細胞について、細胞の分離と操作が可能であった。磁場をかけると、内在化したナノワイヤーを配向させることに成功したが、接着した細胞には明確な異方性は生じなかった。ナノワイヤは細胞質内の金属タンパク質と結合する傾向があり、核周辺のリソソームの再編成を誘発する。
本研究は、付着細胞および浮遊細胞におけるナノワイヤーの細胞分離および操作への応用を実証し、ナノバイオテクノロジーにおけるナノワイヤーの役割をさらに探求するものである。

背 景

強磁性ナノ粒子は、現代の生物学および医学において広く使用されている[1-3]。強磁性ナノ粒子は、磁気共鳴イメージング[4]の造影剤、局所的な高周波加熱[5]、磁気ピンセット[6]の機械的応力の適用として使用されています。また、分離[7]、ドラッグデリバリー[8]、イメージングや検出[9]のための機能化標識[3]も応用されています。
現在の細胞ラベリング技術のほとんどは、(1)磁性ナノ粒子を細胞表面に付着させる、または(2)液相エンドサイトーシスによりナノ粒子を内包する、という2つのアプローチのいずれかを用いている[10]。

強磁性ナノワイヤーの研究は、あまり進んでいない。ナノ粒子の代わりにナノワイヤーを用いることの利点は、有利な幾何学的異方性、体積に対する表面の増加、およびナノワイヤー形状に関連した双極子磁気特性に関係している。さらに、大きな永久磁気モーメントを持つ磁性ナノワイヤーを用いることで、外部磁石から離れた場所にある弱電界に対応するための磁気相互作用の範囲と効果を高めることが可能です。

これらのワイヤーは、多孔質の陽極酸化アルミナテンプレートに電着することでミリグラム単位で製造する技術が発達しており、電着時間を変えることで長さを、適切なテンプレートを選択することで直径を調整することができる[13, 14, 16]。また、電着の条件を変えることで、ワイヤの組成を長さ方向に均一または可変にすることができる。ナノワイヤーに情報や空間的に変化する機能をコード化できること、また形状に異方性があることから、ナノ粒子に比べて有用な応用範囲が広がる可能性がある。

最近、Reichら[7,11,12]によって、ナノワイヤが不死化した線維芽細胞に内在化され、バイオテクノロジーへの応用が可能であることが示された。そこでは、磁性ナノワイヤーの最適化と収量が、磁性粒子分離システムの代替や、細胞の選別と位置決めシステムとして実施された。

内在化された磁性ナノワイヤーによる接着細胞の配向と操作は、これまであまり活用されていない[7]。文献上の情報は、NIH 3T3マウス線維芽細胞という1つの細胞種に限定されている[7,11,12]。

ここでは、未分化細胞、分化細胞、腫瘍細胞といった様々な細胞を調査し、付着状態および浮遊状態のニッケルナノワイヤをどのように吸収することができるかを示しています。また、外部磁場におけるこれらの細胞の整列の可能性を調べ、組織再生や骨成長のための優先的な細胞の整列を視野に入れている。最後に、細胞の内在化過程と活性化された細胞質メカニズムについても推測している。

研究成果

ナノワイヤーの磁気特性
SEMで撮像したナノワイヤーのX線回折パターン(Fig. (Fig.1),1) は、Ni単相パターン(Fig. (Fig.2)2) を示した(粉末回折、X線波長CuKa(λ = 1.5418Å), 2-θ 値はJCPDS No:04-0850と一致する)。このニッケルナノワイヤーの室温での磁化曲線をFig.3.3に示す。Fig.3.3 に示す。飽和磁化は 50.7 Am2kg-1 であり、バルクのニッケルの値(55.4 Am2kg-1)より大幅に小さい。EDAX分析ではO/Ni比が1:15であることから、ワイヤの表面は約3〜4nmの厚さの酸化ニッケル層と一定量のAl2O3で覆われていると思われる。X線回折パターンにNiOとAl2O3のピークがないのは、酸化物がアモルファスであるためと考えられる。典型的な線材の磁気モーメント m は 1.6 × 10-13 A m2 である。


図1アルミナテンプレートを溶解した後のニッケルナノワイヤの走査型電子顕微鏡写真。


図2ニッケルナノワイヤー粉末のX線回折パターン。


図3多孔質アルミナテンプレートに電着して作製したニッケルナノワイヤの室温での磁化曲線。


磁気分離の様子
ナノワイヤーの存在により、ワイヤーを含む細胞と含まない細胞を容易に分離することができた。MC3T3-E1 細胞と UMR-106 細胞を用い、上述と同様の分離実験を行った。その結果、ナノワイヤーで捕捉した細胞を捕捉した細胞の総数で割った分離純度は、MC3T3-E1細胞で70 %以上、UMR細胞で60 %以上を達成し、Hultgrenら[7]の仕事と一致した。分離した細胞を複製し、生理的条件下でコンフルエントになるまで最長3日間培養した後、さらなる実験分離のために分割した。磁性ナノワイヤーを内包したすべての初代細胞および細胞系は、分離後 5 日間まで 95% 以上の全細胞生存率(生死生存率/細胞毒性キット、Molecular Probes, USA)で応答した。

細胞培養におけるナノワイヤー。MC3T3-E1骨芽細胞
磁気的に分離された細胞-ナノワイヤーコロニーから、走査型電子顕微鏡および蛍光顕微鏡による単一細胞の操作とイメージングが実現された。図44は、各セルが1本以上のワイヤーを含む骨芽細胞株を示している。走査型電子顕微鏡で撮影した画像(Fig (Fig5)5)には、細胞内のナノワイヤーが写っています。そこでは、左の細胞が右の細胞に向かって伸び、ワイヤの主軸を配列のガイダンスとして利用している。同時に、ナノワイヤーと細胞の力学的特性の違いにより、ナノワイヤーは細胞内部構造に異方的な剛性寄与をもたらす。


図4MC3T3-E1 骨芽細胞の顕微鏡写真。A) 非付着細胞による細胞分離前 (mag. ×20), B) ナノワイヤーを内包した付着細胞 (mag. ×20), C) ナノワイヤーなしの細胞 (コントロール, mag. ×40)。すべての光学顕微鏡写真 ...


図 5 ニッケルナノワイヤーを内包した付着性 MC3T3-E1 骨芽細胞の走査型電子顕微鏡写真。ナノワイヤは、細胞間のテザリングを駆動する。

ナノワイヤの内在化によって引き起こされる細胞質内の力学的再配置を調べるために、蛍光顕微鏡を用いた。この細胞活性の違いを示すために、ナノワイヤーを内包したMC3T3-E1骨芽細胞と内包していないMC3T3-E1骨芽細胞を共培養し、生きたミトコンドリアとリソゾームの蛍光トラッカーで染色した。図66は、細胞小器官の分布の違いを明確に示している。正常細胞では、通常の細胞活動によりミトコンドリアが明確に蛍光染色されるが、ライソソームは染色されないのに対し、ナノワイヤーを内包した細胞では全く異なる反応が見られる。


図6内在化したニッケルナノワイヤとともに一晩インキュベートした後、および内在化し ていない 2 つの MC3T3-E1 骨芽細胞の顕微鏡写真 (mag. ×40)。A) 両方の骨芽細胞接着細胞の位相差写真。(内蔵されたナノワイヤーは赤でハイライトされている) B) 生きたまま...


ナノワイヤー周辺に局在するリソソームとミトコンドリアの複合染色は、細胞質内の内部小器官がナノワイヤーに応答していることを示す。その局所的なミトコンドリア染色と並行して、細胞の繋ぎ止めと再調整によるラメリポディアの伸長も確認された。これは、ナノワイヤーによって誘発された細胞の硬化反応と関連している可能性がある。

UMR106 骨肉腫細胞
分離してコンフルエンスまで複製した後、各視野内の細胞の半分がワイヤーを含み、それらが明確に区別できることを示した(図7.7)。ここで重要なことは、UMR106 細胞がナノワイヤーと同じ大きさであり、 内包化に成功したことを示すことである。これは、図7B,7Cに示すように、ナノワイヤーの外部磁場刺激とそれに続くUMR106の小さなコロニーの配向によって達成された

図7 A) コンフルエントな UMR-106 腫瘍細胞:アライメント実験。0.1 Tを18時間照射し、コンフルエント層まで5日間培養したナノワイヤーを持つ細胞。この時のナノワイヤーは約10μmの長さである。
B) ニッケルナノワイヤーを含むUMR-106細胞のコロニー(明視野コントラスト顕微鏡写真、倍率40倍)。
C) ニッケルナノワイヤーを内包したUMR-106細胞のコロニー(位相差顕微鏡写真、倍率40倍)。細胞構造の図と内包されたワイヤーは、同じZ焦点レベルで強調表示されている。



この発見をより大きな統計集団に拡大するために、研究した各グループについて、5バッチ、100視野を分析した。合計で数千の細胞がカウントされた。骨肉腫細胞で達成された定量的結果は、初代MSCで報告されたものと同様であった。


骨髄間質細胞
骨髄間質(MS)細胞は、細胞内部の細胞骨格の再配列をさらに調べるために、小さなコロニーに分離し、単離することに成功した。小さなコロニーと単一の MS 細胞を刺激し、位相顕微鏡で記録した。図88は、ニッケルナノワイヤを内在化した付着細胞と浮遊細胞の両方を示している。

図8 ニッケルナノワイヤを内在化させた骨髄間質細胞の顕微鏡写真
A)プラスチック皿に付着したコロニー、
B) 磁気アライメント照射前の細胞間相互作用、
C) DMEM培地中に浮遊するMS細胞。位相差画像(倍率40倍)。すべての光学顕微鏡写真には、各画像の注目すべき主な特徴を強調するための模式図が添付されている。



MS細胞は、位相差顕微鏡下で合計12時間にわたってタイムラプス撮影された。このとき、培養液の加熱が進行し、細胞が基質から順次剥離し、その後にプログラムされた細胞死が起こるように設定された[追加ファイル1参照]。このビデオでは、浮遊細胞がナノワイヤーを摂取する様子と、ナノワイヤーを含む付着細胞が基質から剥離し、最終的にプログラムされた細胞死を起こす様子が映し出されている。死んだ細胞は、その後、細胞質の一部と内在化したナノワイヤーを放出する。
初代MS細胞のアライメント実験は、外部磁場中での配向を達成することを目的とした。これは、操作と細胞間ブリッジが報告された懸濁液中のMS細胞で達成された[Additional file 2参照]。これらは、UMR106骨肉腫細胞と並行して実施された。UMR106 で述べたように、各研究グループにつき 5 バッチ、100 視野を分析した。合計で数千個の細胞がカウントされた。図99とand10,10に示すヒストグラムは、100mTの磁場がない場合とある場合の、ナノワイヤーと細胞の角度分布をプロットしたものである。データはガウス分布にフィットしている。



図9ゼロ磁場中(左)、100 mT印加磁場中で18時間アライメントした後(右)の骨髄間質細胞におけるニッケルナノワイヤの配向の角度分布。


図10ゼロ磁場中(左)と100 mT印加磁場中で18時間アライメントした後(右)の骨髄間質細胞の角度分布(ナノワイヤーの配向と細胞形態付き)。


印加磁場中ではワイヤの配向が明確であることがわかるが、細胞自体の配向はほとんど見られない。ワイヤの異方性配向に対する細胞の配向の程度を調べるために、いくつかの実験を行った。

考察

3種類の細胞の生存率は、ニッケルナノワイヤの内在化によって大きく損なわれることはない金属ニッケルの細胞毒性については、以前の研究[7,17]で部分的に議論されている。そこでは、ライブ/デスアッセイによって細胞毒性を評価した。細胞は5日間培養され、95%の生存率であった。この生存率の重要な要因は、磁化測定とEDAX分析から推測される3-4 nmの酸化膜の存在であろう。本研究で得られた電着ナノワイヤーの磁気特性および品質は、先行研究[14,16]と同等であった。ここでは、同じ長さのナノワイヤーを懸濁させた MC3T3-E1 の細胞による内部化が、細胞質メタロプロテインに関連した細胞膜レセプターの活性化によって促進されることを見出した。これは、図に示すように、ナノワイヤーが細胞核膜の近くに優先的に集積することに変換された。Fig.6.6.細胞核周辺のライソゾームやミトコンドリアが局所的に活性化されることも、この結果を裏付けている。

これまでの研究で、ニッケルは金属タンパク質の必須構造成分であることが強調されていた。ニッケルは様々な経路で細胞に入ることができます。ニッケルイオンは、細胞膜に存在する2価の陽イオン受容体[15]やMg2+チャネルを経由して細胞内に侵入すると考えられている。他の研究では、不溶性ニッケル微粒子が細胞によって貪食されることが示されている。ニッケル含有化合物の貪食は、その結晶性、負の表面エネルギー、適切な粒子サイズ(2~4μm)により促進されました[17]。この研究では、ニッケル粒子がリソソームと融合し、細胞核の周囲に局在することも判明しましたが、不溶性のニッケル成分が持つ変異原性の可能性については推測されています。
ナノワイヤーを介した細胞分離は、これらすべての種類の細胞に対して可能であり、今回検討した方法が、あらゆる種類の細胞操作に対応できる汎用性を持っていることを示している[11]。
本研究では、3 種類の付着細胞に対して、細胞分離への多段階アプローチを実施した(図 4,4, ,77, and8).8参照)。ここでのワイヤは、Fig.4 に示すように、細胞の異方的な接着を駆動する。Fig.4.4.のようになる。その後、初代細胞への拡張により、ナノワイヤの内在化の有効性が確認され、接着細胞と浮遊細胞の違いが強調された(Fig.(Fig.8).8)。今後の方向性としては、強磁性ナノワイヤーの機能化を利用し、細胞-ナノワイヤー間の相互作用を積極的に制御することである。これは、細胞精製、細胞分離、細胞検出[18]、単一細胞プロービング、少量ドラッグデリバリー[19]などのバイオテクノロジーにおける実用化の可能性につながる可能性がある。

細胞によって摂取されたワイヤの配向は、浮遊細胞では極めて明瞭であり、アクチンフィラメントの細胞接着やテザリングの欠如により、配向効果が期待されるところである。そこでは、磁性ナノワイヤに小さな磁場(約10 mT)を印加するだけで、浮遊細胞を印加した磁場の方向に再方向付けすることができる。ナノワイヤを含む細胞の磁気エネルギーmB ≈ 1.6-10-15 Jは、kT ≈ 4-10-21 Jよりはるかに大きいからである。この原理はReichと共同研究者によって線維芽細胞(NIH3T3細胞)に使用されてきた[7,11,12]。
そこでは、磁性ナノワイヤーの最適化と歩留まりを、磁性粒子分離システムの代替品として、また、細胞選別のための平行平板フローチャンバーなどのマイクロ流体アプリケーションに焦点を当て、細胞選別および位置決めシステムとして実証しました。

一方、内在化した磁性ナノワイヤーを用いて外部磁場により接着した細胞を配向させ、細胞群を操作することは、組織分化や再生に大きな可能性を持つと考えられる[20]。
不死化細胞や初代細胞などの異なる細胞株の配向は、外部磁場刺激の存在下で優先的な共培養を作り出すだろう。ここでは、腫瘍細胞株(UMR106)と成体マウスから採取した初代細胞(骨髄間質細胞、MSCs)の配向に焦点を当てました。どちらの場合も、配向力は、内在する磁性ナノワイヤーの異方的な配列によって引き起こされた。これは、Fig.99とand1010に示すように、UMR106では定性的に(Fig.7)7)、MSCでは定量的に調査された。

アライメント時に各セルにかかる磁気トルクは、約 mB ≒ 1.6-10-14 Nm である。ナノワイヤーが明確に配列していることから、ナノワイヤーの再配列の抵抗は、ヒト骨髄間質細胞(HBMSC)(EHBMSC = 3 kPa、細胞直径≅ 130μm)で計算した細胞接着力より小さいことがわかる[21]。
これは、図に報告されている2つのヒストグラムに示されている。Fig.9.9.しかし、本研究では、fig.99 と figure.10 の定量的ヒストグラムの比較から、細胞の形態とナノワ イヤの配向の間にほとんど相関がないことがわかった。これはおそらく、細胞-ナノワイヤー間の相互作用の結果であるか、あるいは細胞によって表面に及ぼされるかなり大きなメカノケミカル接着力のどちらかであろう。

したがって、この研究の結果から、我々は、異なる細胞株(MC3T3-E1骨芽細胞、骨髄間質細胞、UMR106骨肉腫細胞など)へのナノワイヤーの内包に成功しただけでなく、ニッケルナノワイヤーと各細胞細胞質の相互作用が、ライソゾームや金属タンパク質など、ナノワイヤーの影響を受ける小器官の内部再編成につながったと結論づけることができます。

まとめ

磁性ナノワイヤーは、多くの種類の生きた細胞の操作、識別、計数に新しい展望を開く。今回示された異なる種類の細胞の生存率は、強磁性ナノワイヤーの応用に新たな窓を開くものであり、心強いものである。
したがって、細胞内に異なる磁性材料を組み込むことで、組織工学やナノバイオテクノロジーに新たな展望を開くことができる

研究方法

ナノワイヤーの作製
ニッケルナノワイヤーは、アルミナ膜(Whatman, UK)中で成長させた。使用した膜は、直径20 mm、厚さ60 μmで、300 nm間隔で200 nmの平行孔を持つ。まず、膜の裏面に金電極を蒸着した[13]。次に、NiSO4浴から電気メッキによって、Ag、AgCl/KCl参照電極に対して-0.9~-1.0 Vの電位でニッケルを孔に沈着させた[13]。その後、アルミナ膜を3 M-l-1 NaOHで溶かし、ニッケルワイヤーを膜から分離した[14]。その後、走査型電子顕微鏡(図 1)、X 線回折(図 2)、蛍光 X 線、振動試料型磁化測定(VSM)により、ナノワイヤの特性を評価した。

細胞の種類と培養環境
本研究では、成体ラット骨髄間質細胞(MSC)の初代細胞、MC3T3-E1骨芽細胞株、ラット骨肉腫細胞(UMR106)(ATCC、米国)の3つの細胞株を使用した。本研究で使用したすべての細胞種は、特定の細胞培養の必要性に沿って、異なる環境と培養液の下で培養されました。

初代MSCは、2 % penicillin/streptomycin (Gibco, UK), 10 % foetal Bovine Serum (FBS; Gibco, UK), 0.5 % l-Glutamine (Gibco, UK), 0.5 % Glutamax (Gibco, UK) および 1 % nonessential amino acids (Gibco, UK) を加えた DMEMを用いて37℃、5 % CO2 および 95 %相対湿度でコンフルエントになるまで培養およびインキュベーションを行 った。

UMR 106細胞株については、全ての試料を、10 % フォetal bovine serum、100 U/ml penicillin、100 μg/ml streptomycinを添加したDMEM (30-2002 ATCC, USA) で上記のように培養、インキュベーションした。
一方、MC3T3-E1は、10%の牛胎児血清(FBS;Gibco、英国)、100U/mlペニシリン及び100μm/mlストレプトマイシン、2mM L-グルタミン(Gibco、英国)及び0.100mMピルビン酸ナトリウム(Sigma、Aldrich、英国)含有α最小必須培地(α-MEM;Sigma、Aldrich)において培養された。骨芽細胞は、95 % 空気 5 % CO2環境下、37℃のインキュベーターで保存された。サブカルチャーは、0.25 %トリプシンを用いて、約80 %コンフルエントになった時点でルーチンに行われた。

ワイヤの内在化
ニッケルナノワイヤーは、まず脱イオン水(Ω <= 30 M Ω)で5回洗浄し、異なるPBSバスでリンスした。その後、各細胞株に使用した特定の細胞培養液に、ナノワイヤーを1011粒子/mlの密度で2時間安定化させ、添加直前に5分間の超音波攪拌により分散させた。その後、細胞培地-ナノワイヤー溶液を106粒子/mlの最終濃度で付着細胞および浮遊細胞に添加した。付着細胞は、ワイヤの内在化を促進するために30分間インキュベートし、その後一晩培養した。浮遊細胞は30分間インキュベートした後、磁界に曝露した。各磁気曝露後、カバースリップ上の細胞は、採用したイメージング技術に必要な固定または染色が行われた。

各実験は、ナノワイヤーの内在化の程度と細胞の収量に対処するため、より大きな研究の一部として数回繰り返された。

免疫蛍光染色とイメージング
ナノワイヤーの細胞への取り込みを特徴付けるために、いくつかのイメージング技術と免疫蛍光技術が使用された。これらは、細胞とナノワイヤの相互作用を調べるために、それぞれの細胞タイプに最適化された。この研究では、3 種類の細胞すべてを選択的に染色し、活性ミトコンドリアと酸性小器官を生細胞で追跡することで、内包中の細胞活動を明らかにした。

細胞追跡のために、生細胞を染色して準備した。本研究では、細胞骨格マーカーとしてMyto- and Lyso-tracker (Molecular Probes, USA)の2種類を用いた。簡単に言えば、それぞれのトラッカーの1mMストック溶液を調製した後、それぞれの成長培地(上記)で希釈した最終濃度、Myto-trackerは50nM、Lyso-trackerは50nMをそれぞれ用いて、サンプルを染色した。Lyso-trackerは30分、Myto-trackerは3分間、付着細胞および浮遊細胞をシングルおよびダブル染色し、サンプルを新しい温めた培地で洗浄し、イメージングを行った。その後、染色した細胞を透過処理し、PBS中4.1 %パラホルムアルデヒドで30分間固定した。これらの濃度は、過負荷やアーティファクトを減らすために、可能な限り低く保たれた。

位相差顕微鏡、明視野顕微鏡、タイムラプス顕微鏡は、冷却CCDカメラ(Zeiss Axiocam HRm、ドイツ)に接続したZeiss倒立顕微鏡(Zeiss Axiovert 200 M、ドイツ)を使用して実施された。

SEM の準備とイメージング
SEM イメージングは、ワイヤーを内包した付着性 MC3T3-E1 細胞および MSC 細胞に対して実施した。すべての細胞サンプルは、0.1 M Sodium Cacodylate buffer (pH 7.2) 中の 3 % Glutaraldehyde で各ガラスカバースリップスライドを固定することで調製された。一次固定は室温で1時間行った。その後、0.05Mリン酸塩または0.1Mカコジル酸塩緩衝液で1時間6回洗浄し、未反応のグルタルアルデヒドを試料から除去してから水洗・脱水を実施した。その後、50 %エタノールで素早く洗浄し、10 %、30 %、50 %、70 %、95 %エタノールでそれぞれ10分間脱水し、100 %エタノールで15分間ずつ2回脱水を行った。その後,高分解能イメージング用に金スパッタコーティングを行った。

内部化過程のイメージング
ナノワイヤーが細胞に取り込まれる様子を、タイムラプス顕微鏡で観察した。18時間、15分ごとに画像を取得するようにZeiss顕微鏡をプログラムすることで、細胞とナノワイヤーの相互作用を調べることができた(補足資料のビデオで報告されている通り)。そこでは、光が培地を加熱するようにプログラムされていたため、付着細胞と浮遊細胞の両方を調べることができた。

磁気分離と細胞-ナノワイヤー集団のアライメント
細胞分離のセットアップは、直径10 mm、長さ15 mmの2つのNd2Fe14B永久磁石を、細胞懸濁用の10 mlファルコンチューブの反対側に反平行に配置したものであった。磁石の表面磁場0.6Tは、ホールセンサーガウスメーター(Hirst, UK)で測定した。管の両側に固定された2つの磁石を合わせると、最大100T/mの磁場勾配が発生する。
ナノワイヤーで培養した細胞は、温めたトリプシン+EDTA4Na溶液(Sigma-Aldrich, UK)で5分間解離させた。各フルバッチから半分を磁気分離セットアップに入れ、残りの半分を3 mlの新鮮な培地で補充し、ナノワイヤー前分離との細胞結合量を推定した。

磁気分離は、ナノワイヤーを含まない細胞を完全に沈殿させるために5分間行われた。分離後の細胞は取り出し、新しいシャーレに3mlの新しい培地とともにプレーティングした。磁石を取り外した後、ナノワイヤーを持つ細胞は、3 mlの新鮮な培地に分散させ、新しいシャーレに植え付けた。

すべてのバッチにおいて、生理的条件下で1時間以内に完全な細胞接着が達成され、その後、系統誤差およびオペレーター誤差を最小限に抑えるために、2-3ラウンドで細胞計数が行われた。画像は、冷却CCDカメラ(Image II、米国)に接続した10×、20×、40×の倍率のOlympus BX41顕微鏡(日本)を使用して捕捉した。すべての画像は、Analysisイメージングソフトウェア(Analysis、ドイツ)を使用して取得および保存された。

ナノワイヤーと細胞のアライメント試験のために、Nd2Fe14Bのセグメントからなる円筒形のハルバッハ永久磁石(Magnetic Solutions、アイルランド)により100mTの均一磁場を印加した。磁石の内半径と外半径はそれぞれ106 mmと156 mmであった。試験の前に、Ni ナノワイヤーと細胞を一晩共培養した。磁場曝露時間は、生理的条件(T = 37°C, CO2 = 5 %およびRH = 95 %)のインキュベーター内で、1時間、24時間または48時間に選択された。
その後、上述したように位相コントラスト下で画像を撮影した。電界の方向に対するワイヤと細胞の形態の整列の程度は、Scion Imageソフトウェア(Scion Corporation、米国)を用いて実施した。細胞およびナノワイヤーの計数は、系統誤差を低減するために、いずれもブラインド状態で行った。


競合する利益

著者は、競合する利害関係がないことを宣言する。

著者の貢献
APMとZDが実験とデータ解析の大部分を担当した。APMとJMDCは実験の調整と原稿の執筆を行った。最終原稿は全著者が読み、承認した。

補足資料
追加ファイル 1:
ナノワイヤーの局所的な熱により誘発される細胞死。ニッケルナノワイヤー存在下での骨髄間質細胞の挙動を示すビデオ。動画の時間は、18時間に相当する。最初は37℃の培地が、約2℃ h-1の速度で加熱され、細胞死を引き起こす。

動画はこちら(116K, avi)
追加ファイル2:
細胞操作:細胞間の橋渡し。ニッケルナノワイヤーによる磁気操作で骨髄間質の細胞間を橋渡ししている様子を撮影したビデオ。動画は、生理的条件下で細胞培養液を用いて細胞を操作している1時間に相当する。

動画はこちら(124K, avi)

謝 辞

L. McMahon, E. Kearney, E. Byrne博士の技術協力,P. Maguire博士の貴重な議論に感謝する。また,P.J. Prendergast教授,V. Campbell博士,S. Jarvis博士の研究室と施設の使用にも感謝する。

アイルランド科学財団からは,SFI CINSEおよびCRANN探索プロジェクトのもとで資金援助を受けた。Zhu Diao:アイルランドのトリニティ・カレッジ・ダブリンからUssher Fellowshipを授与された。

論文情報
J Nanobiotechnology.2006; 4: 9.
オンライン公開 2006年9月5日 doi: 10.1186/1477-3155-4-9
pmcid: pmc1592113
PMID: 16953891
Adriele Prina-Mello、corresponding author1 Zhu Diao、1およびJohn Michael David Coey1
1適応型ナノ構造・ナノデバイス研究センター(CRANN)・物理学部。Trinity College Dublin, Dublin 2, Ireland
corresponding authorCorresponding author.
Adriele Prina-Mello: ei.dct@aemanirp; Zhu Diao: ei.dct@zoaid; John Michael David Coey: ei.dct@yeocj
2006年6月21日受領; 2006年9月5日受理.
Copyright © 2006 Prina-Mello et al; licensee BioMed Central Ltd. All Rights Reserved.
本論文は、Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0)の条件の下で配布されるオープンアクセス論文であり、原著を適切に引用することを条件に、いかなる媒体においても無制限の使用、配布、および複製を許可するものです。

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