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Standardized Nanomechanical Atomic Force Microscopy Procedure (SNAP) for Measuring Soft and Biological Samples

Authors :
Schillers, Hermann
Rianna, Carmela
Schäpe, Jens
Luque, Tomas
Doschke, Holger
Wälte, Mike
Uriarte, Juan José
Campillo, Noelia
Michanetzis, Georgios P. A.
Bobrowska, Justyna
Dumitru, Andra
Herruzo, Elena T.
Bovio, Simone
Parot, Pierre
Galluzzi, Massimiliano
Podestà, Alessandro
Puricelli, Luca
Scheuring, Simon
Missirlis, Yannis
Garcia, Ricardo
Odorico, Michael
Teulon, Jean-Marie
Lafont, Frank
Lekka, Malgorzata
Rico, Felix
Rigato, Annafrancesca
Pellequer, Jean-Luc
Oberleithner, Hans
Navajas, Daniel
Radmacher, Manfred
Westfälische Wilhelms-Universität Münster ( WWU )
University of Bremen
University of Barcelona
University of Patras [Patras]
Polish Academy of Sciences
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid [Madrid] ( ICMM )
Institut Pasteur de Lille
Réseau International des Instituts Pasteur ( RIIP )
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA )
Università degli studi di Milano [Milano]
Department Radiation Oncology (Weill Cornell Medicine)
Weill Medical College of Cornell University [New York]
Institut de Chimie Séparative de Marcoule ( ICSM - UMR 5257 )
Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques ( UM2 ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier ( ENSCM ) -Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Institut de biologie structurale ( IBS - UMR 5075 )
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 ( UJF ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Grenoble Alpes ( UGA )
BIO-AFM-LAB Bio Atomic Force Microscopy Laboratory ( Bio-AFM-Lab )
Aix Marseille Université ( AMU ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM )
ANR-10-EQPX-0004/10-EQPX-0004,Imaginex BioMed,Plateau de microscopie de criblage à haut débit et d'analyse à très haute résolution ( 2010 )
European Project : 340177,EC:FP7:ERC,ERC-2013-ADG,3DNANOMECH ( 2014 )
Westfälische Wilhelms-Universität Münster (WWU)
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM)
Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC)
Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Università degli Studi di Milano [Milano] (UNIMI)
Etude de la Matière en Mode Environnemental (L2ME)
Institut de Chimie Séparative de Marcoule (ICSM - UMR 5257)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Institut de biologie structurale (IBS - UMR 5075 )
Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
BIO-AFM-LAB Bio Atomic Force Microscopy Laboratory (Bio-AFM-Lab)
Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
ANR-10-EQPX-0004,Imaginex BioMed,Plateau de microscopie de criblage à haut débit et d'analyse à très haute résolution(2010)
European Project: 340177,EC:FP7:ERC,ERC-2013-ADG,3DNANOMECH(2014)
Universitat de Barcelona
Ministerio de Ciencia e Innovación (España)
International AFMBioMed Conferences Association
Università degli Studi di Milano
Ministerio de Economía y Competitividad (España)
German Research Foundation
European Research Council
Agence Nationale de la Recherche (France)
National Science Centre (Poland)
Westfälische Wilhelms-Universität Münster = University of Münster (WWU)
University of Patras
Polska Akademia Nauk = Polish Academy of Sciences (PAN)
Università degli Studi di Milano = University of Milan (UNIMI)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Source :
Scientific Reports, Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2017, 7 (1), pp.5117. 〈10.1038/s41598-017-05383-0〉, Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2017, 7 (1), pp.5117. ⟨10.1038/s41598-017-05383-0⟩, Recercat. Dipósit de la Recerca de Catalunya, instname, Digital.CSIC. Repositorio Institucional del CSIC, Scientific Reports, 2017, 7 (1), pp.5117. ⟨10.1038/s41598-017-05383-0⟩, Scientific Reports, Vol 7, Iss 1, Pp 1-9 (2017), Dipòsit Digital de la UB, Universidad de Barcelona
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

We present a procedure that allows a reliable determination of the elastic (Young's) modulus of soft samples, including living cells, by atomic force microscopy (AFM). The standardized nanomechanical AFM procedure (SNAP) ensures the precise adjustment of the AFM optical lever system, a prerequisite for all kinds of force spectroscopy methods, to obtain reliable values independent of the instrument, laboratory and operator. Measurements of soft hydrogel samples with a well-defined elastic modulus using different AFMs revealed that the uncertainties in the determination of the deflection sensitivity and subsequently cantilever's spring constant were the main sources of error. SNAP eliminates those errors by calculating the correct deflection sensitivity based on spring constants determined with a vibrometer. The procedure was validated within a large network of European laboratories by measuring the elastic properties of gels and living cells, showing that its application reduces the variability in elastic moduli of hydrogels down to 1%, and increased the consistency of living cells elasticity measurements by a factor of two. The high reproducibility of elasticity measurements provided by SNAP could improve significantly the applicability of cell mechanics as a quantitative marker to discriminate between cell types and conditions.<br />This work was supported by grants to D.N., T.L., N.C., and J.J.U. (Spanish Ministry of Economy and Competitiveness FIS-PI14/00280), M.L. and J.B. (National Science Center NCN DEC-2011/01/M/ST3/00711), H.O. (Deutsche Forschungsgemeinschaft, Koselleck 68/1 and Centre of Excellence, Cells in Motion (CIM), University of Münster, Germany), S.B. and F.L. (ANR-10-EQPX-04-01) and A.D., E.T.H., R.G. (CSD2010-00024, ERC-AdG-340177). A.P. thanks the Dept. of Physics of the University of Milano for financial support under the project “Piano di Sviluppo dell’Ateneo per la Ricerca 2014”, actions: “A. Upgrade of instrumentation”, and “B. Support to young researchers”. We acknowledge the support of the International AFMBioMed Conference Association.

Details

Language :
English
ISSN :
20452322
Database :
OpenAIRE
Journal :
Scientific Reports, Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2017, 7 (1), pp.5117. 〈10.1038/s41598-017-05383-0〉, Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2017, 7 (1), pp.5117. ⟨10.1038/s41598-017-05383-0⟩, Recercat. Dipósit de la Recerca de Catalunya, instname, Digital.CSIC. Repositorio Institucional del CSIC, Scientific Reports, 2017, 7 (1), pp.5117. ⟨10.1038/s41598-017-05383-0⟩, Scientific Reports, Vol 7, Iss 1, Pp 1-9 (2017), Dipòsit Digital de la UB, Universidad de Barcelona
Accession number :
edsair.pmid.dedup....ba6f31804cfa4f0ff6fcdcfbe47e79eb