مقالة منهجية

رقاقة الموائع الدقيقة لبناء نماذج الإصابات المحورية وتمكين تحليل الأوميكس المتعدد

DOI:

10.3791/68915

⸱

أكتوبر 14, 2025

 ,  ,  ,  , 
1Beijing Advanced Innovation Center for Big Data-Based Precision Medicine, Beihang University, 2Interdisciplinary Innovation Institute of Medicine and Engineering, Beihang University, 3School of Biological Science and Medical Engineering, Beihang University, 4School of Software, Beihang University, 5School of Beijing, Beihang University

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يصف هذا البروتوكول نظاما موائعا دقيقة ينمذجة ديناميكيات التمثيل الغذائي العصبية بعد الإصابة المحورية ، مما يتيح التصوير ، وتحليل الأوميكس المتعدد ، والدراسات الميكانيكية لإعادة تشكيل التمثيل الغذائي الجوهري.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تستقطب الخلايا العصبية لتشكيل التشعبات والمحاور ، مما يتيح الاتصال بين الخلايا. تعطل الإصابة المحورية هذه الوصلات وتنقل إشارات التلف إلى السوما، مما يؤدي غالبا إلى تنكس الخلايا العصبية. وبالتالي ، فإن الحفاظ على التوازن المحوري أمر ضروري لتعزيز تجديد المحاور العصبية المحلية والحماية من التنكس العصبي. تعتمد هذه العملية على التمثيل الغذائي الخلوي لتزويد الطاقة وسلائف التخليق الحيوي وتدعمها الآليات التي تنظم توازن التمثيل الغذائي وتقضي على المنتجات الثانوية. ومع ذلك ، يتم تقسيم التمثيل الغذائي للخلايا العصبية بين سوما ومحور عصبي ويتأثر بشكل أكبر في الجسم الحي بالبيئة المكروية المحيطة ، مثل النشاط الأيضي المشتق من الخلايا النجمية (على سبيل المثال ، مكوك لاكتات الخلايا النجمية والخلايا العصبية). هذه العوامل تعقد التحقيق في آليات التمثيل الغذائي الجوهرية للخلايا العصبية. لمواجهة هذه التحديات ، قمنا هنا بتطوير منصة موائع دقيقة لزراعة الخلايا العصبية القشرية الأولية في المختبر التي تحافظ على الخصائص الأيضية الرئيسية التي لوحظت في الجسم الحي ، بما في ذلك التدفق الفسيولوجي لمحلل السكر وتنفس الميتوكوندريا. يوفر هذا النظام نموذجا مبسطا للتحقيق في إعادة تشكيل التمثيل الغذائي الجوهري في الخلايا العصبية بعد الإصابة المحورية. تدعم رقائق الموائع الدقيقة التقليدية نماذج الإصابات المحورية في المختبر وهي متوافقة مع تصوير الخلايا الحية ، وتلوين التألق المناعي ، وعلاج نقص الأكسجة. لاستيعاب تحليلات النسخ والتمثيل الغذائي واسعة النطاق التي تشمل ملايين الخلايا ، قمنا أيضا بتصميم وتصنيع رقائق الموائع الدقيقة عالية الإنتاجية مع بروتوكولات تشغيلية محسنة. يتميز الجهاز بغرف سوما ومحور عصبي مرتبة بالتناوب متصلة بقنوات دقيقة ، وتحدث الإصابة المحورية عن طريق شفط الفراغ للسائل من حجرة المحاور العصبية. تتيح هذه المنصة التقييم السريع لديناميكيات المستقلب والإنزيم ، مما يحسن دقة وقابلية استنساخ تحقيقات omics المتعددة.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تنشئ الخلايا العصبية نوعين متميزين من النتوءات بوظائف متخصصة ، المحاور والتشعبات ، عن طريق الاستقطاب أثناء التطور1،2. يشير تجديد الأعصاب إلى عملية إعادة نمو المحوري بعد الإصابة العصبية3 ، مع التركيز البحوثي على إصلاح الجهاز العصبي المركزي (الجهاز العصبي المركزي). على عكس الجهاز العصبي المحيطي ، فإن الجهاز العصبي المركزي لديه قدرة تجديدية محدودة4،5،6 ، مما يؤدي غالبا إلى إعاقات وظيفية مستمرة أو إعاقات دائمة في المرضى الذين يعانون من إصابات الحبل الشوكي أو إصابات....

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم إجراء جميع التجارب وفقا لإرشادات لجنة الأخلاقيات بجامعة بيهانغ وتمت الموافقة عليها من قبل اللجنة (رمز الموافقة: BM20210060). يوضح الشكل 1 الجدول الزمني التجريبي.

1. تصميم جهاز الموائع الدقيقة التقليدي والواسع النطاق

  1. صمم جهاز الموائع الدقيقة باستخدام AutoCAD لإنشاء مخططات ثنائية الأبعاد (2D) ونماذج هيكلية ثلاثية الأبعاد (3D).
  2. استخدم هذه التصميمات لتصنيع قالب رئيسي على رقاقة سيليكون مع الطباعة الحجرية الضوئية السلبية SU-8.
  3. قم بتكرار القالب الرئيسي عن طريق صب بولي ديميثيل سيلوكسان (PDMS) ، مما ينتج عنه رقاقة موائع دقيقة وظيفية عالية الدقة.
    4. ....

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لإنشاء منصة بحثية شاملة لدراسة آليات تنظيم التمثيل الغذائي في الخلايا العصبية القشرية ، قمنا أولا بزراعة الخلايا العصبية القشرية في جهاز موائع دقيقة تقليدي ، والتحكم بدقة في نمو المحاور العصبية على طول القنوات الدقيقة (الشكل 2 أ). مع التصميم المناسب ، تم بناء القنوات الدقيقة بارتفاع منخفض (5 ميكرومتر) وعرض أكبر (10 ميكرومتر) ، مما يسمح لكل قناة باستضافة المزيد من المحاور دون السماح لأجسام الخلايا بالدخول. أكد تلطيخ التألق المناعي ل βIII-tubulin النمو المحوري .......

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعد إنشاء نماذج متقدمة في المختبر لدراسة الإصابة المحورية وتجديدها أمرا ضروريا للكشف عن الآليات الجزيئية والتمثيل الغذائي المشاركة في إصلاح الخلايا العصبية16،19. في هذه الدراسة ، نقدم سير عمل موحد يدمج أجهزة الموائع الدقيقة ، والثقافات العصبية واسعة النطاق ، وبروتوكولات الإصابة المحورية الدقيقة ، مما يتيح تحليلا قويا متعدد الأوميكس للخلايا العصبية القشرية المصابة.

يعتمد نجاح هذا النهج بشكل كبي.......

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة بيجين للعلوم الطبيعية (المنحة رقم L222080 و F251031 و Z240011 و 7192103) والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (المنحة رقم 82271513)

....

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
Neurobasal-A وسطجيبكو10888022وسط الثقافة
أليكسا فلور 488 ماعز مضاد للفأرإنفيتروجينأ 21042التألق المناعي
الميزان التحليليشنغهاي Shunyu Hengping الصك العلمي المحدودةف1004الوزن الدقيق للكواشف / العينات
B27 (50x)جيبكو17504044وسط الثقافة
مقايسة بروتين BCAبوسترآر1189تركيزات البروتين
المحلل الحيويأجيلينتhttps://www.agilent.com/en/product/automated-electrophoresis/bioanalyzer-systems/bioanalyzer-instrument
ألبومين مصل الأبقارجينفيوFA016التألق المناعي
خلاط النمام بالطرد المركزيفكرأر -310مزيج PDMS وإزالة الغاز
محلل CLARIOstarPlus-ACUبي إم جي لابتيككلاريوستار بلستركيزات البروتين
حاضنة ثاني أكسيد الكربون 2< / sub>ثيرمو فيشر العلمية (آشفيل) ذ.م.م3111حضانة زراعة الخلايا عند 37 درجة ؛ ج ، 5٪ ثاني أكسيد الكربون؟
مضخة فراغ الحجاب الحاجز المقاومة للتآكلشنغهاي الحزاز بانغشي أداة التكنولوجيا المحدودةLC-85DLCشفط سائل النفايات وتوفير شفط لبضع القز
D-GLUCOSE (U-13< / sup>C6< / sub> ، 99٪)مختبرات كامبريدج للنظائرCLM-1396تدفق التمثيل الغذائي
DNase Iروش11284932001الثقافة العصبية
منصة Dr.TOM2 علم الجينوم BGIأداء وتحليل RNA-seq  ؛
فرن تجفيف كهربائي بالهواء الساخنبيوم هواهونغ بون / هواينغ بوسيDHG-9070Aعلاج PDMS
الميزان الإلكترونيشنغهاي Huachao الصناعية المحدودةHC313الوزن الروتيني للمواد
فلوروماونت مائي تصاعد وسطسيجما ألدريتشإف 4680التألق المناعي
جلوتا ماكسجيبكو35050061وسط الثقافة
الجلايسينسولاربيوجي 8200التألق المناعي
HBSSجيبكو14025092الثقافة العصبية
HBSS ، بدون كالسيوم ، بدون مغنيسيومجيبكو14175095الثقافة العصبية
معقم بالبخار عالي الضغطSTIK Instrument (شنغهاي) المحدودةإتش إم جي -54 أتعقيم معدات ووسائط المختبرات
غرفة نقص الأكسجينتقنيات الخلايا الجذعية27310علاج نقص الأكسجين
إيمج جيالمؤسسهتستخدم لتحليل الصور المجهرية
مجهر لايكالايكا مايكروسيستمز سي إم إس GmbHDMIL LED فلوالمراقبة الحية والفلورية
حل تصوير الخلايا الحيةإنفيتروجينA14291DJتصوير الخلايا الحية
صندوق تخزين طبي منخفض الحرارة (-80 درجة ؛ C)تشينغداو هاير الطب الحيوي المحدودةDW-86L388Jتخزين العينات على المدى الطويل عند -80 درجة ؛ C
مضخة فراغ سطح المكتب الصغيرةشركة Haimen Qilin-Bell Instrument Manufacturing Co.، Ltd.جي إل -805تطبيقات الفراغ الصغيرة
MitoTracker برتقالي CMTMRosإنفيتروجينم 7510تلطيخ غشاء الميتوكوندريا المحتمل
برنامج MRMPROBSالإصدار 2.60لاستخراج بيانات قياس الطيف الكتلي الخام   ؛
الوسط العصبي القاعديجيبكو21103049وسط الثقافة
Neurobasal-A بدون جلوكوزجيبكوA2477501وسط الثقافة
غراءورثينجتونLS003127الثقافة العصبية
بارافورمالدهيدسيجما ألدريتشص 6148تثبيت الخلية
نظام PDMSداو كورنينجالعاصمة 184تصنيع الجهاز
قارورة مثبطات طقم PDSورثينجتونLK003182الثقافة العصبية
البنسلين ستربتومايسينجيبكو15140122وسط الثقافة
الفوسفات المحلول الملحيبيوشاربBL302Aتمييع المواد وتنظيف حاويات الخلايا
منظف البلازماهاريك بلازماODC-32G-2التنشيط
بولي د يسينسيجما ألدريتشص 6407الثقافة العصبية
المنشور GraphPadالإصدار 8.4.3التحليلات الإحصائية
جهاز طرد مركزي مبردEppendorf AG (ألمانيا)5430Rفصل العينات في درجات حرارة خاضعة للرقابة
RNArep الخلية النقية / مجموعة استخراج الحمض النووي الريبي الكلي البكتيريتيانجنموانئ دبي 430النسخ
مقياس الدوراندوايرRMA-23-SSVالتحكم في انخفاض تدفق الأكسجين
مجهر ستيريوشركة أوليمبوسSZ2-ILSTعينة من الملاحظة والتشريح
ستيوارت مداري شاكركايلين بيلتي إس-200خلط مزارع / حلول الخلايا بسرعات قابلة للتعديل
تريتون X-100سيجما ألدريتشX100التألق المناعي
مضخة فراغ دوارة دوارة ULVACULVAC (نينغبو) المحدودةGLD-N202خلق فراغ للترشيح / التجفيف
&بيتا. III-tubulinبروميجاجي 7121التألق المناعي

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Namba, T., et al. Pioneering axons regulate neuronal polarization in the developing cerebral cortex. Neuron. 81 (4), 814-829 (2014).
  2. Donato, A., Kagias, K., Zhang, Y., Hilliard, M. A. Neuronal sub-compartmentalization: a strategy to optimize ne....

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

Microfluidic ChipAxonal Injury ModelMultiomics AnalysisCortical NeuronsMetabolic RemodelingAxonal RegenerationTranscriptomic AnalysisMetabolic Flux AnalysisPDMS MicrofluidicsVacuum Aspiration Injury

مقالات ذات صلة