本方案描述了一种基于磁性阿基米德效应的无墨、无标记、不受基底限制且高通量的细胞图案化方法。
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本文内容
摘要
摘要
细胞图案化技术能够精确控制细胞的位置分布，在研究细胞行为方面具有独特优势。本实验方案介绍了一种基于磁力-阿基米德（Mag-Arch）效应的细胞图案化策略。该方法无需使用墨水材料或标记颗粒，即可实现对细胞分布的精确调控。通过向细胞培养基中加入顺磁性试剂以增强其磁化率，细胞会受到磁铁的排斥作用，并在微流控基底下方磁体阵列的互补位置上自组织形成特定图案。
本文提供了基于Mag-Arch策略进行细胞图案化的详细操作流程，涵盖单细胞类型以及用于共培养实验的多细胞类型的图案化方法。同时，文中还提供了包含细胞图案化通道的微流控装置制备的全面指导。利用传统并行方法实现此类功能具有挑战性，而该策略则以简化且经济高效的方式实现了这一目标。采用基于Mag-Arch的细胞图案化技术，为研究人员提供了一种强大的工具 体外 研究
引言
细胞图案化正发展成为一种直观而强大的技术 体外 研究1通过调控培养板中的细胞位置，为包括细胞迁移在内的多种实验提供了解决方案2，仿生多细胞共培养3，类器官组装4，生物材料研究5，以及其他更多应用。在大多数情况下，无墨、无标记的细胞图案化方法更受青睐，因为它操作简便，并能为后续研究提供较高的细胞活性。
Mag-Arch效应是一种物理现象，即在顺磁性液体中的抗磁性物体会趋向于向磁场较弱的区域移动6。活细胞天然具有抗磁性，而通过向细胞培养基中添加可溶性顺磁性物质（如常用于核磁共振成像中作为对比剂的钆喷酸葡胺（Gd-DTPA）），可使培养基呈现顺磁性7。因此，细胞预期会受到周围顺磁性介质的排斥，向磁场较弱的区域移动8。使用一组钕铁硼磁体即可轻松产生具有特定图案的磁场。理想情况下，细胞形成的图案与磁体的排布图案相反。从技术上讲，该方法被定义为一种无标记方法，因为唯一添加的试剂Gd-DTPA仅存在于细胞外环境中，不会与细胞结合。因此，通过更换培养基即可轻松避免其对后续细胞培养可能产生的影响。与....
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方案
1. 组装磁铁组
- 组装用于条带图案的磁铁组件。
- 选择扁平的矩形磁铁，如图1A所示。本演示中使用的矩形磁铁尺寸为1.5 mm × 10 mm × 35 mm（厚度 × 高度 × 长度）（见材料表）。磁铁的厚度决定了细胞条带之间的间隙。
- 将2 mm厚的硅胶板（见材料表）切割成2 mm × 8 mm × 30 mm的矩形。确保这些硅胶板的后两个尺寸略小于上述矩形磁铁的对应尺寸，以优化组装效果。硅胶板的厚度决定了细胞条带的宽度。
- 如图1A所示，将矩形磁铁和硅胶板逐层组装。每组磁铁组件由4块磁铁和3块硅胶板组成。确保相邻磁铁的磁极相反，以便磁铁组件能够由于内在的吸引力而自动对齐。
- 使用前对磁铁进行灭菌。
注：建议先用纯水清洗磁铁组件，然后将其浸入75%乙醇中10分钟。这些磁铁组件的整体尺寸为12 mm × 10 mm × 35 mm，设计用于适配标准的6孔细胞培养板。
- 组装用于点阵图案的磁铁组件
- 选择微型圆柱形磁铁，如图1B所示。本演示中使用的圆柱形磁铁尺寸为Φ1.....
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结果
选择矩形（1.5 mm × 10 mm × 35 mm）和圆柱形（Φ1.5 mm × 10 mm）磁铁用于创建细胞图案，以作演示。用户可根据需要灵活调整磁铁的尺寸和形状，或采用不同的组装方式，以生成多样化的细胞图案。在图1A、B中，磁铁已进行组装，磁极以蓝色（南极）和红色（北极）标示，以便清晰识别。在此构型中，磁铁在侧向相互吸引并自行对齐，如图2所示。图1C、D展示了细胞培养装置的结构及细胞图案化操作流程。
图2 显示了单细胞类型的图案。使用GFP标记的HUVECs在荧光显微镜下进行观察。利用相应的磁体组将细胞排列成条带状和点阵图案。对于HUVECs这类在玻璃载片上黏附迅速（120–180分钟内）的细胞，整个操作过程在4小时内完成。按照本方案操作可获得边缘清晰、均一性高的细胞图案.......
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讨论
基于 Mag-Arch 的细胞图案化技术为大多数生物医学实验室提供了一种操作简便的解决方案。该方法具有无墨、无标记、不受基底限制以及可实现高通量图案化的优点8,13。对于单一类型细胞的图案化，该方法可通过一步操作完成细胞排布，仅需更换培养基即可完成整个流程。
既往研究利用磁性颗粒标记细胞，并通过磁铁吸引细胞形成精确的图案14,15。然而，细胞上存在磁性颗粒引发了人们对细胞行为可能受到影响的担忧。基于 Mag-Arch 的细胞图案化技术则采取了相反的策略，即让细胞外液体具有顺磁性，而非细胞本身。该策略使得通过更换培养基即可更轻松地去除额外的顺磁性试剂。已有研究利用基于 Mag-Arch 的细胞图案化技术生成了细胞球体和点阵列11,16。.......
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披露
作者无竞争性财务利益。
致谢
本研究由国家重点研发计划&中国国家重点研发计划（2021YFA1101100）、国家自然科学基金（32000971）、中央高校基本科研业务费专项资金（编号：2021FZZX001-42）以及浙江大学上海高等研究院星夜科学基金（项目编号：SN-ZJU-SIAS-004）。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| A2780 卵巢癌细胞 | Procell | CL-0013 | |
| 细胞培养基（DMEM，高糖） | Gibco | 11995040 | |
| 盖玻片 | Citotest Scientific | 80340-3610 | 用于微流控芯片制备。尺寸：24 mm × 50 mm |
| DiD | MedChemExpress (MCE) | HY-D1028 | 用于细胞红色荧光标记（激发波长：640 nm） |
| DiI | MedChemExpress (MCE) | HY-D0083 | 用于细胞橙色荧光标记（激发波长：550 nm） |
| 胎牛血清（FBS） | Biochannel | BC-SE-FBS07 | |
| 钆喷酸葡胺（Gd-DTPA） | 北京北陆药业 | H10860002 | |
| 明胶 | Sigma Aldrich | V900863 | |
| 玻璃细胞培养载片 | Citotest Scientific | 80346-2510 | 直径：25 mm；厚度：0.19–0.22 mm |
| 玻璃板 | PURESHI 硬件商店 | 用于微流控芯片制备。尺寸：40 mm × 75 mm | |
| 人脐静脉内皮细胞（HUVECs） | Servicebio | STCC12103G-1 | |
| 钕铁硼磁铁（N52） | Lalaci | ||
| 无毒玻璃板涂层（Gel Slick 溶液） | Lonza | 1049286 | 微流控芯片制备时便于脱模 |
| 磷酸盐缓冲液（PBS） | Servicebio | G4200 | |
| 等离子清洗仪 | SANHOPTT | PT-2S | |
| 聚二甲基硅氧烷（PDMS）试剂盒 | DOWSIL | SYLGARD 184 硅橡胶弹性体试剂盒 | 用于微流控芯片制备 |
| 聚四氟乙烯（PFTE）模具 | PURESHI 硬件商店 | 在线定制，用于微流控芯片制备 | |
| 硅片 | PURESHI 硬件商店 | ||
| 平滑肌细胞（SMC） | Procell | CL-0517 | |
| 超声波清洗仪 | Sapeen | CSA-02 |
参考文献
- Christian, J., et al. Control of cell adhesion using hydrogel patterning techniques for applications in traction force microscopy. J Vis Exp. 179, e63121(2022).
- Abbas, Y., Turco, M. Y., Burton, G. J., Moffett, A. Investigation of human trophoblast....
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重印与许可
