التحفيز الميكانيكي للكائنات متعددة الخلايا من خلال نظام ضغط الموائع الدقيقة عالي الإنتاجية

Utku M. Sönmez; Nolan Frey; Jonathan S. Minden; Philip R. LeDuc

doi:10.3791/64281

يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

التحفيز الميكانيكي للكائنات متعددة الخلايا من خلال نظام ضغط الموائع الدقيقة عالي الإنتاجية

2.1K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/64281

⸱

ديسمبر 23, 2022

Utku M. Sönmez¹ , Nolan Frey² , Jonathan S. Minden² , Philip R. LeDuc¹

¹Department of Mechanical Engineering, Carnegie Mellon University, ²Department of Biological Sciences, Carnegie Mellon University

في هذه المقالة

ملخص

يصف البروتوكول الحالي تصميم وتصنيع وتوصيف نظام الموائع الدقيقة القادر على محاذاة وتجميد وضغط المئات من أجنة ذبابة الفاكهة الميلانية بدقة مع الحد الأدنى من تدخل المستخدم. يتيح هذا النظام تصويرا عالي الدقة واستعادة العينات لتحليل ما بعد التحفيز ويمكن تحجيمه لاستيعاب الأنظمة البيولوجية الأخرى متعددة الخلايا.

الملخص

أثناء التطور الجنيني ، تولد حركة الخلية المنسقة قوى ميكانيكية تنظم التعبير الجيني ونشاطه. لدراسة هذه العملية ، تم استخدام أدوات مثل الشفط أو ضغط الانزلاق المغطى لتحفيز الأجنة الكاملة ميكانيكيا. تحد هذه الأساليب من التصميم التجريبي لأنها غير دقيقة ، وتتطلب معالجة يدوية ، ويمكنها معالجة بضعة أجنة فقط في وقت واحد. تتمتع أنظمة الموائع الدقيقة بإمكانات كبيرة لأتمتة مثل هذه المهام التجريبية مع زيادة الإنتاجية والدقة. توضح هذه المقالة نظام الموائع الدقيقة الذي تم تطويره لضغط أجنة ذبابة الفاكهة ( ذبابة الفاكهة ) بدقة. يتميز هذا النظام بقنوات دقيقة ذات جدران جانبية قابلة للتشوه تعمل بالهواء المضغوط ويتيح محاذاة الجنين ، والشلل ، والضغط ، وجمع ما بعد التحفيز. من خلال موازاة هذه القنوات الدقيقة في سبعة ممرات ، يمكن تطبيق أنماط ضغط ثابتة أو ديناميكية على مئات من أجنة ذبابة الفاكهة في وقت واحد. إن تصنيع هذا النظام على غطاء زجاجي يسهل التحفيز الميكانيكي المتزامن وتصوير العينات باستخدام مجاهر عالية الدقة. علاوة على ذلك ، فإن استخدام المواد المتوافقة حيويا ، مثل PDMS ، والقدرة على تدفق السوائل عبر النظام يجعل هذا الجهاز قادرا على إجراء تجارب طويلة الأجل مع عينات تعتمد على الوسائط. يلغي هذا النهج أيضا متطلبات التركيب اليدوي الذي يضغط ميكانيكيا على العينات. علاوة على ذلك ، فإن القدرة على جمع العينات بسرعة من القنوات الدقيقة تتيح تحليلات ما بعد التحفيز ، بما في ذلك فحوصات -omics التي تتطلب أعدادا كبيرة من العينات لا يمكن تحقيقها باستخدام أساليب التحفيز الميكانيكي التقليدية. هندسة هذا النظام قابلة للتطوير بسهولة لأنظمة بيولوجية مختلفة ، مما يتيح للعديد من المجالات الاستفادة من الميزات الوظيفية الموضحة هنا بما في ذلك إنتاجية العينة العالية ، والتحفيز الميكانيكي أو الشلل ، والمحاذاة الآلية.

المقدمة

تشهد الأنظمة الحية باستمرار وتستجيب لمختلف المدخلات الميكانيكية طوال حياتها¹. تم ربط النقل الميكانيكي بالعديد من الأمراض ، بما في ذلك اضطرابات النمو ، وفقدان العضلات والعظام ، والأمراض العصبية من خلال مسارات الإشارات المتأثرة بشكل مباشر أو غير مباشر بالبيئة الميكانيكية². ومع ذلك ، فإن الجينات والبروتينات التي يتم تنظيمها عن طريق التحفيز الميكانيكي³ في مسارات الإشارات الحساسة للميكانيكية⁴ لا تزال غير معروفة إلى حد كبير⁵ ، مما يمنع توضيح آليات التنظيم الميكانيكي وتحديد الأهداف الجزيئية للأمراض المرتبطة بالنقل الميكانيكي المرضي ^6,7