The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
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1Department of Biomedical Engineering, University of Wisconsin-Madison, 2Materials Science Program, University of Wisconsin-Madison, 3Department of Neurological Surgery, University of Wisconsin-Madison, 4Carbone Comprehensive Cancer Center and Center for Stem Cell and Regenerative Medicine, University of Wisconsin-Madison
Huang, Y., Agrawal, B., Clark, P. A., Williams, J. C., Kuo, J. S. Evaluation of Cancer Stem Cell Migration Using Compartmentalizing Microfluidic Devices and Live Cell Imaging. J. Vis. Exp. (58), e3297, doi:10.3791/3297 (2011).
1. BTSC सेल हदबंदी
BTSCs पूर्व मौजूदा सीरम मुक्त neurospheres रूप में स्टेम सेल मध्यम में उगाई संस्कृतियों से निकाली गई है. की संस्कृति है जो पहले 10, 11 में वर्णित है.
2. द्वि स्तरित सु 8 मास्टर और PDMS स्टांप की ढलाई का निर्माण (1 आंकड़ा देखें)
हम ऑप्टिकल लिथोग्राफी और नरम लिथोग्राफी का उपयोग करने के लिए बनाना सु-8 मास्टर और PDMS स्टाम्प, जो microfluidic उपकरणों की विधानसभा के लिए आवश्यक हैं. 12 मानक प्रक्रिया से थोड़ा अलग है, हमारे सु 8 मास्टर दो परतों से बना है. 3 मीटर लंबा microchannels / 1 नीचे की प्रक्रिया में पहले परत में casted हैं, जबकि 250 मीटर लंबा बोने और प्राप्त कक्षों 2 / ऊपरी परत में हैं. आदेश में दो संस्कृति डिब्बों (microchannel के बीच सही कनेक्शन के लिएऔर कक्षों), दो परतों के लिए सही स्थिति में गठबंधन किया जाना है. हालांकि, दूसरी परत की मोटाई अस्पष्टता काफी बड़े के लिए नीचे सुविधाओं तक पहुँचने से aligner / मापकला ऑप्टिकल ब्लॉक हैं. यहाँ हम मापकला मार्करों दूर तैनात किया जा रहा है के साथ मास्क डिजाइन. इस प्रकार, पहली परत में इन मार्करों चुनिंदा जा सकता है, जबकि दूसरी परत कताई परिरक्षित कर सकते हैं. नतीजतन, सुविधाओं की दोनों परतों एक मास्टर में बना रहे हैं और बस PDMS टिकट के राहत में ढलाई के लिए तैयार है.
3.Microfluidic उपकरणों और कोशिका संवर्धन के विधानसभा (2 आंकड़ा)
संस्कृति कोशिकाओं को आदेश में, सुविधा उत्कीर्ण PDMS स्टांप एक गिलास coverslip संलग्न चैनलों के रूप में जुड़ा हुआ है. Inlets और दुकानों संस्कृति / मीडिया को लोड करने के लिए बनाया जाता है. इस बीच, गिलास सब्सट्रेट और PDMS स्टांप सफाई और अन्य प्रक्रियाओं सेल संगतता सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक हैं.
4. लंबी अवधि के BioStation आईएम (Nikon उपकरण इंक, Melville, संयुक्त राज्य अमरीका) साथ समय चूक BTSC प्रवास के इमेजिंग के.
कैमरा संयोजन, सॉफ्टवेयर और इनक्यूबेटर सब एक बॉक्स में, इस सूक्ष्म प्रणाली दिनों के लिए कोई अशांति के साथ छवि सेल संस्कृति के लिए संभव बनाता है. इसके अलावा, अपनी अनूठी मोटर डिजाइन उद्देश्य लेंस चलता रहता है और नमूना मंच सुविधा बिंदु पर जाकर में स्थिर रहता है. यह छवि समानांतर उच्च throughput परख में प्रयोगों के लिए और ट्रैक सेल हरकत व्यावहारिक बनाता है.
5. प्रतिनिधि परिणाम:
दृश्य निरीक्षण और compartmentalizing microfluidic डिवाइस का उपयोग करके कैंसर सेल प्रवास के लक्षण वर्णन के उदाहरण चित्रा 3 और 4 चित्र में सचित्र हैं. सेल लाइन BTSC है. हमारे मौजूदा सेटअप के साथ, सेल संस्कृति के चरण छवियों लगातार 5 दिन (चित्रा 3) के रूप में लंबे समय के रूप में हर 2 सेकंड (चित्रा 4) के रूप में अक्सर के रूप में दर्ज किया जा सकता है. 5 दिनों के अलावा, संस्कृति मीडिया पोषक पुनःपूर्ति और अपशिष्ट हटा के लिए जगह की जरूरत है. हमारी लंबी अवधि के समय व्यतीत हो जाने के अपने प्रवास के दौरान morphological परिवर्तन के आधार पर छह चरणों के सेल एक परिक्रामी अनुक्रम को पहचानती है. Illus के रूप मेंचित्रा 3 में trated, हम उन्हें (i) पूर्व पलायन (ii), दीक्षा (iii) पथ - अन्वेषण (iv) मंडरा, (v) गंतव्य exloration और (vi) के बाद प्रवास के रूप में वर्णन. प्राप्त चैंबर में, धुरी के आकार कोशिकाओं थोक ट्यूमर है कि विकसित करने के लिए, विभाजन और धीरे - धीरे ओर पलायन कर रहे हैं में के रूप में मंच (i) में रहते हैं. जैसा कि वे microchannel प्रवेश द्वार दृष्टिकोण, कुछ कोशिकाओं के लिए मंच के लिए आगे बढ़ना (ii) जब वे का विस्तार करने के लिए और चिपकने वाला फलाव उत्पन्न करते हैं. उनमें से केवल एक के लिए प्रवेश द्वार पर कब्जा और चरण (iii) जो माइग्रेशन दिशा का पता लगाने कर सकते हैं आगे बढ़ना करने में सक्षम है. एक बार सेल प्रवास दिशा निर्धारित करता है, यह मंच पर आय (iv) क्रूज के लिए एक स्थिर और उच्च गति है, जो पूरे microchannel के माध्यम से किया जाता है में microchannel के माध्यम से. Microchannel, सेल आय के अंत में (v) चरण के लिए चैम्बर प्राप्त की खुली जगह का पता लगाने के लिए, और फिर मंच (vi). Microchannel में, सत्ता ओर पलायन ज्यादातर गतिविधि blebbing के रूप में 4 चित्र में सचित्र उत्पन्न होता है, अमीबाभ cel के समानएल. सेल blebbing और झिल्ली विरूपण पूरी तरह से यहाँ दर्ज हैं.

चित्रा 1 microfluidic डिवाइस के निर्माण के Schematics. पूरी प्रक्रिया एक सिलिकॉन 3 इंच संभाल वफ़र पर नरम लिथोग्राफी का एक संशोधित तकनीक के माध्यम से किया जाता है. 3 मीटर लंबा microchannels और संरेखण मार्करों पहली परत के रूप में बना रहे हैं. फिर 250-सुक्ष्ममापी मोटी सु 8 स्पिन लेपित है, जबकि मार्करों संरेखण स्कॉच टेप के साथ आते हैं, ऐसी है कि वे बाद में मोटी photoresist द्वारा दृष्टि अवरुद्ध बिना aligner मुखौटा सुलभ हो सकता है. इस प्रकार, कक्ष सुविधाओं दूसरी परत के रूप में बनाया जा सकता है और सही पहली परत के लिए गठबंधन किया है. PDMS स्टांप अंततः बंद परिणामस्वरूप मास्टर ढाला है.

चित्रा 2 विधानसभा डिवाइस और सेल बोने प्रक्रिया के schematics. PDMS और जीएल द्वारा संलग्नगधा coverslip, 3 डी संवर्धन अंतरिक्ष कक्षों, जलाशयों और microchannels से बना है. बोने चैम्बर सेल संस्कृति से भरा है, जबकि प्राप्त चैम्बर शुरू में सेल से मुक्त मीडिया के साथ भरा है. microchannels है कि उन दोनों के बीच कनेक्ट बोने की ओर से प्राप्त करने के लिए पक्ष सेल ओर पलायन निशान प्रदान करते हैं.

चित्रा 3. Microchannel के माध्यम से BTSC प्रवास. ऊपरी: समय चूक की फोटो दिखाने के लिए एक एकल (हरे रंग में हाइलाइट) सेल 400 सुक्ष्ममापी पर बोने की ओर से प्राप्त करने की ओर migrates. पूरी यात्रा के बारे में 2 दिन लगते हैं, सेल morphological परिवर्तन के एक दृश्य शामिल हैं. पैमाने बार 40 सुक्ष्ममापी है. छह चरणों के प्रवास एक कार्टून प्रतिनिधित्व: कम. पूर्व प्रवास (i): बोने कक्ष में, धुरी के आकार और विभाज्य कोशिकाओं को धीरे - धीरे एक दूसरे के साथ विस्थापित. सेल शरीर और ई ध्रुवीकरण से एक दूसरे के साथ microchannel प्रवेश दौड़ निकट कोशिकाओं lamellipodia फलाव xerting. शुरूआत (ii): उच्चतम क्षमता के साथ प्रवासी सेल चैनल प्रवेश द्वार में रह रहे हैं, जबकि अपने प्रतियोगियों को पीछे हटना होगा. पथ - अन्वेषण (iii): थोड़ा polarity के साथ एक अमीबाभ मोड प्रवासी सेल परिवर्तन. इस माइग्रेशन मोड अत्यंत गतिशील है और सभी दिशाओं में छोटे झिल्ली protrusions blebbing द्वारा पथ का पता लगाने में सक्षम है. मंडरा (iv): एक बार प्रवास पथ निर्धारित किया जाता है, सेल एक अतिरिक्त बड़े फलाव आगे शीर्षक को बनाए रखने के द्वारा एक अनुकूलित अमीबाभ मोड में बदल देती है. इस तरह, सेल एक उच्च गतिशीलता के रूप में के रूप में अच्छी तरह से एक स्थिर गति और दिशा की पुष्टि की. गंतव्य अन्वेषण (v): पथ के अंत होने पर, सेल धीमा और filopodias विकसित करने के लिए किसी भी आक्रमण लक्ष्य के लिए प्राप्त कक्ष का पता लगाने. (Vi) पोस्ट प्रवास: प्राप्त चैम्बर में प्रवेश करने के बाद, स्टार के आकार का सेल में बदल जाता है और उच्च गतिशीलता लेकिन कोई निर्धारित दिशा को बरकरार रखे हुए है.
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(एबी): समय चूक की चित्रा 4 फोटो एक BTSC की गतिविधि और झिल्ली विरूपण blebbing के चक्र दिखा. दीक्षा, (बी). विस्तार, (लोमो). त्याग. तीर और वक्र लाइनों झिल्ली विरूपण की दिशा और स्थान, क्रमशः का प्रतिनिधित्व करते हैं. फोटो हर 8 सेकेंड एकत्र कर रहे हैं.
microfluidic डिवाइस और छवि रिकॉर्डिंग तकनीक यहाँ प्रस्तुत सेलुलर आकारिकी प्रवास के दौरान एक दृश्य विशेषताओं में सक्षम बनाता है. मौजूदा पारंपरिक तरीकों की तुलना में, मंच microfluidic लागत प्रभावशीलता और उच्च throughput, डिजाइन लचीलापन लाभ. प्रस्तुत सूक्ष्म दृश्य प्रणाली और लंबे समय तक रहते सेल प्रवास के अध्ययन रिकॉर्डिंग परमिट. लेंस सुविधा मोटर चालित यह करने के लिए एक उच्च संकल्प छवि में नमूना परेशान करने के बिना कई प्रवास पथ को ट्रैक करने के लिए संभव बनाता है.
डिवाइस की सभा के दौरान, PDMS स्टांप गैर स्थायी रूप से PDL कोटिंग की सुविधा (3.4 कदम) के लिए कांच coverslip बंधुआ है. यह इस प्रोटोकॉल की सफलता के लिए एक अच्छा मुहर हासिल करने के लिए महत्वपूर्ण है. या सब्सट्रेट पर धूल मलबे / टिकट में हवाई बुलबुले के रूप में उपकरण निर्माण, से शुरू संदूषण संबंध और लीक द्रव में परिणाम को ख़तरे में डालना कर सकते हैं. इसलिए treati,धूल से मुक्त तरीके में डिवाइस एनजी युक्ति विफलता को रोकने के लिए महत्वपूर्ण है. PDL कोटिंग करने के लिए पहले, कांच coverslips इलाज नाइट्रिक एसिड और PDL समाधान / धूल मलबे को खत्म करने के लिए centrifuged है. हम स्कॉच टेप मिल जाए, शराब कुल्ला, और पानी का स्नान बहुत PDMS टिकट से धूल / मलबे को हटाने में मददगार है, अगर एक साफ कमरे सुलभ नहीं है. PDMS स्टांप कांच coverslip के साथ संपर्क बनाने के बाद, मुहर टिकट चिमटी के साथ धीरे दोहन की सुविधा.
BTSCs स्टेम सेल के माध्यम में संस्कृति क्षेत्र, सामान्य तंत्रिका स्टेम सेल 10 की संस्कृति के लिए इसी तरह की के माध्यम से मानव ऑपरेटिंग कमरे नमूनों से समृद्ध किया जा सकता है. इस तरीके में समृद्ध BTSCs (CD133, nestin) स्टेम सेल मार्कर की अभिव्यक्ति, एकाधिक तंत्रिका प्रजातियों (glial और neuronal) भेदभाव, और के रूप में 100 के रूप में कुछ के साथ एक orthotopic immunodeficient माउस मॉडल में ट्यूमर दीक्षा के रूप में स्टेम सेल की तरह गुण, प्रदर्शन 18 कोशिकाओं. हालांकि कुछ बहस के बारे में मौजूद purifiकटियन और 1 BTSCs, 19-21 के रखरखाव, क्षेत्र के विकसित BTSCs बेहतर बनाए रखने के और माता पिता 22-24 ट्यूमर के phenotype जीनोटाइप.
compartmentalized अंतरिक्ष सेल प्रवास के लिए शारीरिक पर्यावरण mimics. हमारे डिवाइस में BTSC सेलुलर आकारिकी विनियमन द्वारा एक आकार विवश अंतरिक्ष के माध्यम से एक प्रवास की मजबूत क्षमता दिखा रहे हैं. सेल morphological परिवर्तन की हमारी लक्षण वर्णन है कि एक संभव आसन्न मस्तिष्क के BTSC आक्रमण के नए विस्तृत वर्णन मॉडल हो सकता है एक छह चरण अनुक्रम में मोड परिवर्तनों को इंगित करता है. प्रारंभिक दौर में, कोशिकाओं polarity के एक महत्वपूर्ण राशि हासिल करने के लिए और चिपकने वाला protrusions उत्पन्न करने के लिए प्रभावी ढंग से खुद को microchannel अंदर लंगर. एक बार microchannel अधिभोग में सेल की स्थापना की है, यह एक cruising मोड में धर्मान्तरित और एक microchannel के माध्यम से पूरी यात्रा के लिए इस मोड रखता है. इस स्तर पर, BTSC उच्च गतिशीलता और लगातार दिशा को बनाए रखने, लेकिन ऊर्जा संरक्षण. मेंterestingly, यह प्रतीत होता है कि एक समय में एक microchannel एक मंडरा सेल करने के लिए प्रतिबंधित है, ऐसा है कि जब इस मंच पर एक एकल कोशिका आय, microchannel अन्य कोशिकाओं से पीछे हटने. इस तंत्र की संभावना ट्यूमर के प्रसार का प्रभाव सुनिश्चित करता है और microchannel में पोषक तत्वों की overconsumption को रोकता है. Microchannel भर में पलायन को पूरा करने के बाद, एक सेल multidirectional protrusions और आक्रमण लक्ष्य या नया माइग्रेशन पथ के लिए आगे की खोज के लिए अपनी प्रवृत्ति आएगा. compartmentalizing microfluidic डिवाइस प्रदान करता है इन विट्रो में एक उपन्यास मस्तिष्क पैरेन्काइमा BTSC घुसपैठ का अध्ययन करने के लिए एक microenvironment बनाने का मतलब है.
इस विधि को आसानी से कैंसर स्टेम सेल (सीएससी) और प्रवासी सेल अन्य प्रकार के ट्यूमर से प्राप्त लाइनों का अध्ययन करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है. Microfluidic डिवाइस में संवर्धन कोशिकाओं किसी भी आधुनिक जीव विज्ञान प्रयोगशाला है कि एक मशीन और टिशू कल्चर विशेषज्ञता के साथ सुसज्जित है में किया जा सकता है. एक सु 8 मास्टर, PDMS से लैसकास्टिंग और विधानसभा डिवाइस नरम लिथोग्राफी में कुछ बुनियादी प्रशिक्षण के साथ संभव हैं. इसके अलावा, इस मंच भी ढाल मिक्सर, सतह patterning, तरल पदार्थ नियंत्रण और microelectrode जैसे अन्य कार्यात्मक मॉड्यूल को एकीकृत के साथ अन्य अनुप्रयोगों के लिए बढ़ाया जा.
ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.
पीएसी आंशिक रूप से विस्कॉन्सिन स्टेम सेल ट्रेनिंग प्रोग्राम (PA क्लार्क) के विश्वविद्यालय एक NIH T32 अनुदान के द्वारा समर्थित है. जेएसके HEADRUSH ब्रेन ट्यूमर अनुसंधान प्रोफेसरशिप, रोजर Loff मेमोरियल जीबीएम रिसर्च फंड, और UW फाउंडेशन / न्यूरोसर्जरी ब्रेन ट्यूमर रिसर्च एंड एजुकेशन फंड द्वारा आंशिक रूप से समर्थन किया था. JCW और YH NIH अनुदान NIBIB 1R01EB009103-01 आंशिक रूप से समर्थन कर रहे हैं.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dulbecco’s modified eagle’s medium (DMEM), high glucose | GIBCO, by Life Technologies | 11965 | Brain tumor stem cell (BTSC) culture supplies |
| Ham’s F12 | GIBCO, by Life Technologies | 31765 | Brain tumor stem cell (BTSC) culture supplies |
| B27 supplement minus vitamin A | GIBCO, by Life Technologies | 12587-010 | Brain tumor stem cell (BTSC) culture supplies |
| Antibiotic-Antimycotic (PSA) | GIBCO, by Life Technologies | 15240 | Brain tumor stem cell (BTSC) culture supplies |
| Epidermal Growth Factor (EGF), human recombinant | GIBCO, by Life Technologies | PHG0313 | Brain tumor stem cell (BTSC) culture supplies |
| basic Fibroblast Growth Factor (bFGF) , human recombinant | GIBCO, by Life Technologies | PHG0021 | Brain tumor stem cell (BTSC) culture supplies |
| Heparin sodium salt, from porcine intestinal mucosa | Sigma-Aldrich | H1027-250KU | Brain tumor stem cell (BTSC) culture supplies |
| Laminin (natural mouse) | GIBCO, by Life Technologies | 23017-015 | Brain tumor stem cell (BTSC) culture supplies |
| Accutase | EMD Millipore | SCR005 | Brain tumor stem cell (BTSC) culture supplies |
| Stem cell medium |
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| Basic Fibroblast Growth Factor (bFGF)/ Heparin |
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| Epidermal Growth Factor (EGF) |
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| Heparin |
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| su-8 photoresist | MicroChem Corp. | ||
| Silicon handle wafer | WRS Materials | 3P01-5SSP-INV | |
| trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane | Sigma-Aldrich | 448931 | |
| PDMS Sylgard 184 | Dow Corning | ||
| laminin | BD Biosciences | 50 μg/ml in PBS buffer for the final concentration | |
| Biostation IM | Nikon Instruments |
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ReplyPosted by: Richard E. KastJanuary 9, 2012, 7:04 PM