مقالة منهجية

منصة للزراعة المستمرة للخلايا البطانية تحت ظروف تدفق فسيولوجية في بيئة جاذبية صغرى محاكة

29 مشاهدة

⸱

سبتمبر 11, 2026

 ,  ,  ,  , 
1Department of Chemical and Materials Engineering, San José State University, 2Department of Mechanical Engineering, San José State University

في هذه المقالة

ملخص

نقدم هنا بروتوكولاً لتصميم وتجميع وتشغيل جهاز ميكروفلويديك (microfluidic) مغلق الحلقة وخالٍ من الفقاعات، مخصص لزراعة الخلايا البطانية تحت ظروف تدفق فسيولوجية في بيئة جاذبية صغرى محاكية.

الملخص

تُعد الأنظمة الفسيولوجية الدقيقة (MPS) نماذج قيمة in vitro تعيد تكوين بنية ووظيفة الأنسجة البشرية. وبشكل أكثر تحديداً، تعمل شرائح الأنسجة أو الأعضاء على الرقاقة (tissue- or organ-on-chips) التي تدمج تقنية الموائع الدقيقة على محاكاة البيئة الميكانيكية والكيميائية الحيوية داخل الجسم (in vivo)، مع السماح بمراقبة نمو الخلايا وتطورها في الوقت الفعلي. ويمكن أن تكون هذه الأنظمة مفيدة بشكل خاص في دراسات الرحلات الفضائية، حيث يمكن إرسالها إلى الفضاء، كما هو الحال في محطة الفضاء الدولية (ISS)، للتحقيق في تأثير السفر الفضائي على جسم الإنسان. ويتمثل العائق الرئيسي أمام نجاح الأنظمة الفسيولوجية الدقيقة في تكون الفقاعات، والتي قد تكون أكثر وضوحاً في ظروف الجاذبية الصغرى. تصف هذه الورقة تصميم وتجميع وتشغيل نظام زراعة خلايا فسيولوجي دقيق للاستخدام في الجاذبية الصغرى المحاكات (على سبيل المثال، التشغيل باستخدام آلة تحديد المواقع العشوائية أو جهاز الكلينوستات). وقد ثبت أن دمج مصيدة فقاعات مستقلة عن الاتجاه في الدائرة المائعية فعال للغاية في إزالة فقاعات الهواء في الجاذبية الصغرى وتمكين زراعة الخلايا البطانية على المدى الطويل. يمكن استخدام هذا النظام الموائعي الدقيق مغلق الحلقة والمستقل عن الاتجاه للتشغيل الخالي من الفقاعات لشرائح الأنسجة أو الأعضاء على الرقاقة لمحاكاة التأثيرات المشتركة للجاذبية الصغرى والتدفق، أو للنشر في المهمات الفضائية.

المقدمة

لقد ثبت الآن جيداً، من خلال آليات قيد البحث، أن القوى الميكانيكية تلعب دوراً حاسماً في الوظائف الخلوية وفي الحفاظ على التوازن الدقيق بين الصحة والمرض1. ومن بين جميع الضغوط البيئية، تعد قوة الجاذبية فريدة من نوعها، ويُفترض بحق أنها متجه ثابت لا يتغير في الغالبية العظمى من العلوم الطبية الحيوية. ومع ذلك، توفر الرحلات الفضائية بيئة فريدة من الجاذبية الصغرى، والتي قد يختلف فيها سلوك الكائنات الحية عما هو عليه على الأرض. وتظهر تجارب الرحلات الفضائية التي تشمل الحيوانات والبشر تغيرات ملحوظة في الفسيولوجيا، مما يؤكد دور الجاذبية في التوازن الداخلي للخلايا والكائنات الحية2.

أبدت وكالة ناسا ووكالات خاصة أخرى في الآونة الأخيرة اهتماماً ملحوظاً بتطوير رقائق نسيجية (أو أعضاء على رقاقة) لنشرها في المهمات الفضائية.3صُممت شرائح الأنسجة لمحاكاة الـ في الكائن الحي بنية تتيح لهم نمذجة التأثير الفسيولوجي والميكانيكي للجاذبية الصغرى وإشعاعات الفضاء بدقة عالية4من خلال استخدام خلايا مشتقة من المتبرعين، يمكن أيضاً استخدام الرقائق النسيجية لاستقصاء مدى حساسية رواد الفضاء للجاذبية الصغرى والإشعاع الفضائي، وتطوير تدابير وقائية مضادة.5على مدار السنوات الخمس الماضية، تمت محاكاة العديد من أجهزة الجسم، بما في ذلك الدماغ والكبد والأمعاء والأوعية الدموية والقلب والكلى والرئتين، باستخدام رقائق الأنسجة، وأُطلقت على متن محطة الفضاء الدولية (ISS).6. داخل الجسم الحيتُروى الأعضاء عن طريق الأوعية الدموية بدرجات متفاوتة، وهو ما يحدد فسيولوجيتها؛ فعلى سبيل المثال، يتوفر تروية دموية عالية في الكبد، بينما تكون أقل بكثير في الغضروف. لذا، ومن أجل محاكاة وظائف الأعضاء بدقة في المختبر، يُعد دمج التدفق السوائلي في الأنسجة والخلايا اعتباراً هاماً عند تطوير أنظمة الأعضاء على شريحة.

لقد استُخدمت الموائع الدقيقة لتروية الخلايا والأنسجة في أنظمة الأعضاء على شريحة7,8. ولا تقتصر مستويات تدفق السوائل المناسبة على دعم نقل العناصر الغذائية إلى النظام وإزالة الفضلات منه فحسب، بل تحافظ أيضاً على إجهاد القص الفسيولوجي الذي تتعرض له الخلايا. ومع ذلك، وفي الأبعاد الصغيرة، تشكل الفقاعات تحدياً مستمراً عند الحدود الطورية، مما يؤدي إلى قياسات غير دقيقة وأضرار وانسدادات9. وللتخفيف من هذه المشكلة، استُخدمت مصائد الفقاعات بتصاميم نشطة (مثل إزالة الغازات بالتفريغ أو المجالات الخارجية مثل الموجات الصوتية أو الحرارية) وتصاميم خاملة (مثل الغشاء شبه المنفذ الذي يعتمد على خصائص السطح)10,11. غير أن تصاميم مزيلات الفقاعات المائعية الدقيقة هذه تزيد من تعقيد تصنيع الأجهزة، وتؤثر سلباً على سلامة العينة، وتؤدي إلى الانسداد واختراق الحاجز. وتتفاقم هذه المشكلات في الفضاء، حيث يكون التنوي وتكون الفقاعات أكثر وضوحاً بكثير، وتصبح استراتيجيات التخفيف من الفقاعات الفعالة على الأرض غير فعالة إلى حد كبير12. ويمكن إنشاء نظائر للجاذبية الصغرى على الأرض باستخدام أجهزة مثل وعاء الجدار الدوار (RWV) أو آلة التموضع العشوائي (RPM)13,14. ومن المثير للاهتمام أنه في آلة RPM، يتم إعادة توجيه متجه الجاذبية باستمرار، مما يؤدي تقريباً إلى تصفير متوسط المحفز الجذبي الصافي بمرور الوقت على العينة. لقد أبلغنا مؤخراً عن تصميم وتصنيع وتطبيق مصيدة فقاعات مستقلة عن التوجيه للزراعة التروية للخلايا البطانية تحت جاذبية صغرى محاكات باستخدام RPM15. ونصف في هذا المقال عملية التجميع والتشغيل خطوة بخطوة لنظام تروية ذي حلقة مغلقة باستخدام مصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه، ونوضح مدى قابليتها للتطبيق في زراعة الخلايا البطانية لوريد السرة البشري كنموذج لزراعة الخلايا المستمرة في جاذبية صغرى محاكات.

يتكون نظام الحلقة المغلقة من متحكم دقيق مزود بمشغل محرك لتشغيل مضخة دقيقة يتم التحكم في ترددها وجهدها، ومستشعر لتدفق السوائل، ومصيدة فقاعات15، وقناة مائعية دقيقة تحتوي على خلايا بطانية ملتصقة. تتوفر تفاصيل المكونات المحددة في جدول المواد. تصف البروتوكولات أدناه تجميع إلكترونيات النظام (الخطوة 1)، وتجميع الدوائر المائعية (الخطوة 2)، والتعقيم والتحضير (الخطوة 3 و4)، وتكامل زراعة الخلايا المائعية الدقيقة (الخطوة 4)، وتجميع المضخات الدقيقة والمتحكم (الخطوة 5)، وتجميع النظام بأكمله داخل غلاف (الخطوة 6). تم تركيب نظام تدفق الحلقة المغلقة فوق جهاز RPM لمحاكاة الجاذبية الصغرى باستخدام غلاف مصنع خصيصاً (الخطوة 7).

البروتوكول

1. إلكترونيات النظام

  1. قم بتوصيل مشغل المضخة بالمتحكم الدقيق في المقابس المخصصة والمسمى "mp-Highdriver4". 
  2. قم بتوصيل كابل مضخة واحد في الموقع المخصص على جانب مشغل المضخة المسمى "CH1 CH2". 
  3. قم بتوصيل مضخة دقيقة واحدة بأحد منافذ كابل المضخة. تأكد من سحب منفذ التوصيل الأبيض برفق بعيداً عن الأسلاك الملونة لإدخال المضخة الدقيقة بالكامل. وبمجرد إدخال المضخة الدقيقة تماماً في منفذ التوصيل، ادفع منفذ التوصيل الأبيض برفق مرة أخرى باتجاه الأسلاك الملونة لتثبيت المضخة الدقيقة في مكانها.
  4. استخدم كابل macro-to-mini-USB لتوصيل لوحة Nano بجهاز كمبيوتر مثبت عليه تطبيق المتحكم الدقيق.
  5. قم بتثبيت وصلتي مهماز مسننتين (threaded barb adapter fittings) على طرفي مستشعر تدفق السوائل. استخدم مستشعر تدفق السوائل لمراقبة وتسجيل بيانات معدل تدفق السائل. يظهر النظام المجمّع في الشكل 1.
    ملاحظة: لا يلزم استبدال جميع المكونات الواردة في القسم 1 إلا عند الضرورة، كما هو الحال عند تلفها أو عندما يبدأ الأداء في التدهور.

2. توصيلات مائيات النظام

  1. املأ تجويف مصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه بنسبة 80% تقريباً من السعة القصوى بسائل العمل التجريبي أثناء عملية التحضير.
    ملاحظة: يسمح مستوى الملء هذا بمعدلات أعلى لاحتجاز الفقاعات مع الحفاظ على غمر منافذ الدخول والخروج في سائل العمل. تحتوي مصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه على منفذين جانبيين بالقرب من مركزها يعملان كوصلات مباشرة بنظام التدفق ذي الحلقة المغلقة، ومنفذ علوي متوافق مع Luer يسمح بمزيد من ملء التجويف عند فتحه. قبل بدء التجربة، من الضروري إغلاق المنفذ العلوي لمصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه تماماً باستخدام مزيج من شريط Teflon وسدادة Luer لضمان وجود نظام مغلق بالكامل.
  2. اقطع أربعة أطوال من أنابيب PVC بطول 10 cm لكل منها (1.59 mm I.D. × 3.18 mm O.D.) لتوصيل جميع مكونات حلقة التدفق معاً. 
  3. قم بتوصيل قطعة واحدة من أنبوب PVC بمخرج المضخة الدقيقة (يشير السهم الموجود إلى اتجاه التدفق من المدخل إلى المخرج). استخدم فاصلًا دائريًا من النايلون الأسود مقاس 3 mm (3.2 mm I.D.) حول أنبوب PVC لتثبيت الأنبوب بإحكام في المضخة الدقيقة. قم بتوصيل الطرف الآخر من أنبوب PVC بأي من المنفذين الجانبيين لمصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه. 
  4. استخدم القطعة الثانية من أنبوب PVC لتوصيل المنفذ الجانبي الآخر لمصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه بوصلة محول المدخل الشائكة لمستشعر تدفق السوائل (يشير السهم الموجود إلى اتجاه التدفق من المدخل إلى المخرج). 
  5. استخدم القطعة الثالثة من أنبوب PVC لتوصيل وصلة محول المخرج الشائكة لمستشعر تدفق السوائل (أي الجانب الذي يشير إليه السهم) بموصل Luer كوع واحد. 
  6. قم بتوصيل القطعة الأخيرة من أنبوب PVC بمدخل نفس المضخة الدقيقة (يشير السهم الموجود إلى اتجاه التدفق من المدخل إلى المخرج). استخدم فاصلًا دائريًا من النايلون الأسود مقاس 3 mm (3.2 mm I.D.) حول أنبوب PVC لتثبيت الأنبوب بإحكام في المضخة الدقيقة. قم بتوصيل الطرف الآخر من أنبوب PVC بموصل Luer كوع واحد.
    ملاحظة: يجب استبدال جميع الأنابيب بين كل تجربة وأخرى.

3. التحضير التجريبي وتعقيم النظام

  1. جهز كابينة السلامة الحيوية لعملية التعقيم لضمان التعقيم الكامل والسلامة من أجل المزرعة الخلوية. 
  2. جهز أنبوب طرد مركزي ذاتي الوقوف سعة 50 mL يحتوي على إيثانول بتركيز 70%، وأنبوب طرد مركزي ذاتي الوقوف آخر سعة 50 mL يحتوي على ماء مزرعة خلوية معقم.
  3. ضع المتحكم الدقيق في كيس بلاستيكي صغير، مع ترك كابل المضخة والمضخة الدقيقة خارج الكيس. استخدم رباطاً بلاستيكياً (zip tie) لإغلاق الكيس البلاستيكي لحماية المكونات الإلكترونية. 
  4. استخدم زجاجة بخاخ إيثانول بتركيز 70% ومناشف ورقية لتعقيم الأسطح الخارجية لجميع مكونات حلقة التدفق وجميع المواد التجريبية المتنوعة. لا تستخدم بخاخ الإيثانول بتركيز 70% على أي من الموصلات الكهربائية. ضع كل مكون ومادة داخل كابينة السلامة الحيوية فور مسحها بالإيثانول بتركيز 70%. 
  5. قم بتوصيل محطة كمبيوتر متنقلة بالمتحكم الدقيق باستخدام كابل macro-to-mini-USB، وافتح تطبيق الكمبيوتر الخاص بالمتحكم الدقيق لضبط التردد والجهد للمضختين الدقيقتين على 100 Hz و 240 V، على التوالي. أبقِ المضخة الدقيقة مطفأة.
  6. اغمر موصل Luer الكوعي المتصل بالمضخة الدقيقة مباشرة في أنبوب الطرد المركزي سعة 50 mL الذي يحتوي على إيثانول بتركيز 70%. قم بتوصيل محقنة سعة 12 mL مزودة بمقرن Luer (أنثى-إلى-أنثى) بموصل Luer الكوعي الآخر في حلقة التدفق نفسها. 
  7. اضغط يدوياً على طول أنبوب PVC الذي يربط بين المضخة الدقيقة وموصل Luer الكوعي، وتأكد من إغلاق المنفذ العلوي لمصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه باستخدام شريط تيفلون و سدادة Luer. استخدم يدك الأخرى لسحب محقنة 12 mL بمقدار 5 mL تقريباً لخلق فراغ كافٍ في جميع أنحاء النظام. 
  8. قم بتشغيل المضخة الدقيقة وحرر المشبك من الخطوة السابقة. اسمح لـ 5 mL من الإيثانول بتركيز 70% بالمرور إلى المحقنة لضمان التعقيم الشامل للنظام. 
  9. افتح المنفذ العلوي لمصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه للسماح بامتلاءها بالإيثانول بتركيز 70%. وبمجرد أن تصل مصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه إلى سعة 80% تقريباً من الإيثانول بتركيز 70%، أطفئ المضخة وأغلق المنفذ العلوي تماماً باستخدام شريط تيفلون وسدادة Luer. رج مصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه برفق لضمان تعقيم الجزء الداخلي بالكامل. 
  10. أخرج موصل Luer الكوعي من أنبوب الطرد المركزي الذي يحتوي على إيثانول بتركيز 70% وشغل المضخة الدقيقة لتفريغ النظام. وبمجرد سحب كل الإيثانول بتركيز 70% إلى محقنة 12 mL، افصل مصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه من النظام، وأزل سدادة Luer، وأفرغ مصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه مباشرة في حاوية النفايات للتخلص من الإيثانول بتركيز 70%. 
  11. كرر الخطوات من 3.6 إلى 3.10 باستخدام أنبوب الطرد المركزي ذاتي الوقوف سعة 50 mL الذي يحتوي على ماء مزرعة خلوية معقم بدلاً من الإيثانول بتركيز 70%، واسمح لـ 15 mL من ماء المزرعة الخلوية المعقم بالمرور عبر كل حلقة تدفق.

4. تحضير النظام ودمج القناة الخلوية للموائع الدقيقة

  1. بعد اكتمال التعقيم، احتفظ بالنظام داخل كابينة السلامة البيولوجية لإجراء التحضير بالتفريغ باستخدام السائل التشغيلي. 
  2. اغمر موصل Luer الكوعي المتصل بالمضخة الدقيقة مباشرة في حاوية بلاستيكية (أبعادها التقريبية 80 mm × 50 mm × 25 mm) مملوءة بـ 30 mL من وسط زراعة الخلايا. قم بتوصيل محقنة سعة 12 mL بموصل Luer الكوعي الآخر في نفس حلقة التدفق باستخدام قارن Luer من أنثى إلى أنثى. 
  3. استخدم إصبع السبابة والإبهام من يدك اليسرى لغلق قطعة PVC Tygon التي تربط بين المضخة الدقيقة وموصل Luer الكوعي، واستخدم يدك اليمنى لسحب المحقنة سعة 12 mL بمقدار 5 mL تقريباً لإنشاء فراغ كافٍ في جميع أنحاء النظام. تأكد من أن المنفذ العلوي لمصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه محكم الإغلاق باستخدام شريط Teflon و سدادة Luer. 
  4. قم بتشغيل المضخة الدقيقة وتحرير الغلق من الخطوة السابقة. اسمح لـ 5 mL من وسط زراعة الخلايا بالمرور إلى المحقنة لضمان التحضير الكامل للنظام.
  5. افتح المنفذ العلوي لمصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه للسماح بملئها بوسط زراعة الخلايا. بمجرد أن تصل مصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه إلى سعة 80% تقريباً من وسط زراعة الخلايا، أوقف تشغيل المضخة وأغلق المنفذ العلوي تماماً باستخدام شريط Teflon وسدادة Luer.
  6. ضع القناة المائعية الدقيقة المزروعة بالخلايا مباشرة في الحاوية البلاستيكية ذات الأبعاد 80 mm × 50 mm × 25 mm، وضع قضيب التحريك المغناطيسي في مركز القناة المائعية الدقيقة المزروعة بالخلايا لمنعها من الطفو. املأ الحاوية البلاستيكية بمزيد من وسط زراعة الخلايا حتى تغمر الشريحة بالكامل.
    ملاحظة: تمت زراعة الخلايا البطانية في ibidi µ-Slide VI0.4 حتى تصل إلى 80% من الالتحام باستخدام البروتوكولات القياسية قبل دمجها في حلقة التدفق16.
  7. أثناء إبقاء موصلات Luer الكوعية لحلقة تدفق واحدة مغمورة في وسط زراعة الخلايا، قم بتشغيل المضخة الدقيقة الخاصة بتلك الحلقة. قم بتوصيل موصلات Luer الكوعية بعناية بإحدى القنوات المائعية الدقيقة وتأكد من عدم تكون فقاعات هواء عند نقاط التوصيل. بمجرد الانتهاء من ذلك، أوقف تشغيل المضخة الدقيقة.

5. غلاف المتحكم الدقيق والمضخات الدقيقة (اختياري)

  1. استخدم برغيين من الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاس M3 × 8، وحلقتين من الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاس M3، وصامولتين من الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاس M3 لتثبيت حامل العارضة العرضي المصنع خصيصاً بلوحة التثبيت السفلية المصنعة خصيصاً. 
  2. استخدم أربعة براغي من الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاس M3 × 12، وأربع حلقات من الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاس M3، وأربع صواميل من الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاس M3 لتثبيت الجزء السفلي من غلاف البولي كربونات بلوحة التثبيت السفلية المصنعة خصيصاً. استخدم ثماني حلقات نايلون بمقاس M3 (حلقتان عند كل برغي M3 × 12) لترك مسافة صغيرة بين الجزء السفلي من الغلاف ولوحة التثبيت السفلية. 
  3. استخدم أربعة براغي بمقاس M3، وأربعة فواصل سداسية من النايلون (ذكر-أنثى) بمقاس M3، وأربع صواميل من الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاس M3 لتثبيت المتحكم الدقيق بلوحة التثبيت الداخلية الأكريليكية المصنعة خصيصاً. ضع الفواصل السداسية من النايلون بين الجزء السفلي من المتحكم الدقيق ولوحة التثبيت الأكريليكية.  
  4. استخدم برغيين من الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاس M3 × 8، وحلقتين من الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاس M3، وصامولتين من الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاس M3 لتثبيت حامل المضخات الدقيقة المصنع خصيصاً بالجزء العلوي من لوحة التثبيت الداخلية الأكريليكية. 
  5. ضع المضخات الدقيقة في حامل المضخات الدقيقة المصنع خصيصاً بحيث يشير السهم الموجود على المضخات الدقيقة باتجاه مشغل المضخة. 
  6. استخدم أربعة براغي ذات رأس زرّي من الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاس M3 × 8 وأربع حلقات من الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاس M3 لتثبيت لوحة التثبيت الداخلية الأكريليكية بالداخل من غلاف البولي كربونات. 
  7. أدخل أربع حلقات مطاطية مانعة للتسرب في أحد جانبي غلاف البولي كربونات الذي يحتوي على أربعة ثقوب متتالية. كرر العملية للجانب المقابل الذي يحتوي على أربعة ثقوب متتالية. 
  8. استخدم آلة صنع الملصقات لترقيم الحلقات المطاطية من 1 إلى 4 من اليسار إلى اليمين على كلا جانبي غلاف البولي كربونات.
  9. ثبّت حلقتي O-Rings حول الجزء المسنن من كابل mini-USB (ذكر-أنثى). بمجرد القيام بذلك، أدخل الطرف الأنثوي من كابل mini-USB (ذكر-أنثى) عبر الثقب الموجود في غلاف البولي كربونات من نفس جانب أسهم المضخات الدقيقة. ثبّت الطرف الأنثوي من كابل mini-USB (ذكر-أنثى) بتثبيت حلقة O-Ring أخرى حول الجزء المسنن من الخارج في غلاف البولي كربونات. 
  10. أغلق الثقب المتبقي في جانب غلاف البولي كربونات باستخدام شريط لاصق متعدد الأغراض. يظهر النظام المجمّع في الشكل 2. 

6. لوحة تثبيت السطح العلوي (اختياري)

  1. استخدم أربع قطع من M2 × 8 براغي من الفولاذ المقاوم للصدأ وأربع صواميل M2 من الفولاذ المقاوم للصدأ لتثبيت مشبكي تركيب مستشعر التدفق بلوحة تثبيت السطح العلوي المصنوعة من الأكريليك والمصممة خصيصاً. 
  2. استخدم أربعة براغي من نوع M3 × 12 برغيًا من الفولاذ المقاوم للصدأ وأربع صواميل M3 من الفولاذ المقاوم للصدأ لتثبيت حاملي مصيدة فقاعات (bubble trap holders) مُصنَّعَين خصيصاً ومستقلَّيْن عن التوجيه في لوحة تثبيت السطح العلوي المصنوعة من الأكريليك والمصنَّعة خصيصاً. 
  3. استخدم كماشة لقص قضيب فولاذي مسنن M4 إلى أربع قطع بطول 110 مم تقريباً لكل منها. استُخدم هذه القطع الأربع كدعامات عمودية لتثبيت لوحة تركيب السطح العلوي فوق الغلاف المصنوع من البوليكربونات. 
  4. استخدم مقصاً لقص أربعة قطع من أنبوب البولي يوريثان (بقطر خارجي 6.35 مم) بطول 40 مم لكل قطعة. مرر قطع قضيب الفولاذ المسنن M4 عبر أقسام هذه الأنابيب لضمان وجود خلوص كافٍ بين لوحة تثبيت السطح العلوي وغطاء الغلاف المصنوع من البولي كربونات. 
  5. باستخدام حوامل مصيدة الفقاعات المصممة خصيصاً والمستقلة عن التوجيه، ومع توجيه مشابك التثبيت إلى الأعلى، مرر إحدى قطع القضبان المسننة M4 الأربعة إلى منتصف كل زاوية من زوايا لوحة تثبيت السطح العلوي المصنوعة من الأكريليك والمصممة خصيصاً. وفي الطرف العلوي من كل قطعة قضيب مسنن، ثبت صامولة مجنحة M4 واحدة، وصامولة M4 واحدة، وحلقة معدنية واحدة. 
  6. مرر كل قطعة من القضيب المسنن M4 عبر فاصل دائري واحد من النايلون الأسود بقطر 6 مم (قطر داخلي 3.2 مم) وقطعة واحدة من أنبوب البولي يوريثان بطول 40 مم. وأخيرًا، ثبت صامولة مجنحة M4 واحدة في أسفل كل قضيب مسنن M4. رتب المكونات وفق الترتيب التالي: صامولة مجنحة M4 من الفولاذ، صامولة M4 من الفولاذ المقاوم للصدأ، حلقة M4 من الفولاذ المقاوم للصدأ، لوحة تثبيت السطح العلوي، فاصل دائري من النايلون الأسود، أنبوب البولي يوريثان، وصامولة مجنحة أخرى M4 من الفولاذ. 
  7. استخدم شريطاً لاصقاً عام الأغراض لتثبيت قطعتين بطول 75 مم × تثبيت قطع أكريليك خام بعرض 25 مم مقابل بعضها البعض وجهاً لوجه، بحيث تكون أطوال ألواح الأكريليك متوازية فيما بينها. 
  8. استخدم مقصاً لقص قطعة من الشريط الرغوي مزدوج الوجه بطول 75 مم (وعرض 25 مم) × (بسماكة 1.6 مم). ألصق أحد جانبي الشريط الرغوي مزدوج الوجه بطول 75 مم على الجزء الذي يبلغ طوله 75 مم × قطعة أكريليك فارغة بعرض 25 مم، بحيث يكون طول الشريط الرغوي وطول قطعة الأكريليك الفارغة متوازيين فيما بينهما. 
  9. استخدم هذه القطعة الأكريليكية الفارغة المثبتة بشريط رغوي كوسادة تستقر فوق موصلات "لوير" المرفقية بالشريحة الدقيقة لمنع ارتخائها أثناء تجارب الجاذبية الصغرى المحاكية. ثبّت الوسادة الأكريليكية الفارغة المثبتة بشريط رغوي والشريحة الدقيقة معاً باستخدام حامل شرائح دقيقة مصنع خصيصاً لهذا الغرض.

7. التثبيت على جهاز تحديد المواقع العشوائي (RPM)

  1. استخدم شريطاً رغويّاً مزدوج الوجه لتثبيت جميع مكونات نظام التدفق على لوحة تثبيت جهاز الـ RPM. تجنب وضع الشريط مباشرة أسفل القنوات الدقيقة لاستزراع الخلايا للسماح بالتبادل الغازي الخلوي أثناء التجربة. تأكد من تثبيت الشريحة الدقيقة في مركز لوحة التثبيت لضمان بقاء الشريحة الدقيقة عند محاور دوران جهاز الـ RPM أثناء التجربة. 
  2. مرر لوحة التثبيت عبر الفتحة الأعلى في إطار U الخاص بجهاز الـ RPM، وثبّت لوحة التثبيت بإطار U باستخدام المسمار والحلقة المرفقين مع الجهاز. 
  3. استخدم موصل تقسيم DB15 تم توصيله سلكياً بشكل صحيح مسبقاً لربط محطة الكمبيوتر مباشرة بجهاز الـ RPM، والذي سيتم توصيله بدوره بالمتحكم الدقيق ومستشعرات تدفق السوائل باستخدام موصل تقسيم DB15 ثانٍ تم توصيله سلكياً مسبقاً. 
    ملاحظة: تعمل الحلقة الانزلاقية لجهاز الـ RPM على ربط موصلي DB15، مما يربط محطة الكمبيوتر فعلياً بالمتحكم الدقيق ومستشعر التدفق.
  4. قم بتوصيل كابلات الطاقة للمتحكم الدقيق ومستشعر التدفق، وثبّت أطوال الكابلات الفائضة باستخدام روابط بلاستيكية. يجب تثبيت الكابلات بإحكام، مع التأكد من أن التوصيلات الكهربائية ليست معرضة للإجهاد. يظهر النظام المجمّع في الشكل 3. 

8. جمع بيانات التدفق

  1. افتح برنامج مستشعر التدفق على محطة الكمبيوتر لمراقبة معدل التدفق. 
  2. استخدم التطبيق الحاسوبي للمتحكم الدقيق لضبط جهد المضخة حتى يقرأ مستشعر التدفق معدل التدفق المطلوب.
  3. بمجرد ضبط معدل التدفق، ابدأ في تسجيل بيانات التدفق لمدة 24 h.

النتائج

قبل جمع النتائج المتعلقة بموائع النظام أو المزارع الخلوية، كما هو موضح أدناه، يجب التحقق من سلامة النظام عند كل نقطة تفتيش رئيسية في البروتوكول خلال عمليات التجميع والتحضير. يمكن فحص التوصيلات الإلكترونية بسهولة عن طريق توصيل المتحكم الدقيق ومستشعر تدفق السوائل بجهاز كمبيوتر والتواصل مع كل مكون عبر برنامج التطبيق الخاص به. تُعتبر توصيلات الأنابيب عند الوصلات الشوكية كافية بمجرد دفع الأنبوب إلى ما بعد الشوكة، ويجب استبدال أي مكون مائعي تظهر به أي شقوق على الفور. يجب أن يؤدي تحضير النظام إلى حلقة تدفق ليست معقمة فحسب، بل وخالية من الفقاعات بشكل مرئي؛ ويتم التخلص من أي فقاعات مرئية عن طريق النقر بلطف على موقع الفقاعة.

بعد اكتمال الإعداد التجريبي، يجب تشغيل نظام التدفق ومراقبته لمدة 1 h قبل فترة الاختبار التي تستمر 24 h للتأكد من عدم وجود تسريبات في النظام وعدم ملاحظة خروج أي فقاعات هوائية من مصيدة الفقاعات. بالإضافة إلى ذلك، إذا كان نظام التدفق يعمل تحت ظروف الجاذبية الصغرى المحاكات، فيجب أن يكون جهاز محاكاة الجاذبية الصغرى قادرًا على الدوران بحرية بعد تركيب نظام التدفق، ويمكن اختبار ذلك ببساطة عن طريق تدوير الجهاز يدويًا وأيضًا من خلال مراقبة الجهاز أثناء تشغيله لبرنامج محاكاة الجاذبية الصغرى لمدة 1 h قبل فترة الاختبار التي تستمر 24 h.

أداء نظام التروية ذي الحلقة المغلقة

يظهر مخرج مستشعرات التدفق المسجلة على مدار فترة 24 h في الشكل 4. وتقارن الصورة معدل التدفق عند الجاذبية الطبيعية على مدار فترة 24 h في حلقة تدفق مع وبدون مصيدة فقاعات مستقلة عن التوجيه. وتتمثل الفقاعات الهوائية في شكل نبضات عالية الكثافة. وتختفي النبضات المستمرة التي تظهر في حلقة التدفق بدون مصيدة الفقاعات عند إدخال مصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه في حلقة التدفق. ولا يثبت هذا المقارنة ضرورة وجود مصيدة فقاعات فحسب، بل يثبت أيضاً الأداء القوي لمصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه.

زراعة الخلايا البطانية تحت ظروف التدفق

لتقييم جدوى نظام التدفق الخالي من الفقاعات بشكل كامل، أُجريت تجربة جاذبية صغرى لمدة 24 h على مستنبتات خلايا بطانية بوجود مصيدة فقاعات وبدونها. وفي نهاية التجربة، تم تفكيك النظام مع الحرص على منع جفاف الخلايا. وفوراً، تم تثبيت الخلايا باستخدام 4% formaldehyde وصبغها بـ CF594 phalloidin لصبغ الأكتين و Hoechst 33342 لصبغ النوى، وذلك وفقاً لبروتوكولات الصبغ المناعي القياسية15. وتم فحص الخلايا باستخدام المجهر confocal (Zeiss LSM 700). يوضح الشكل 5 صوراً تمثيلية للخلايا لكل حالة من حالات التدفق. وتُظهر الصور أن مصائد الفقاعات (الشكل 5B) تستعيد حيوية الخلايا ونموها بالكامل، بينما تنفصل الخلايا في القناة عند غياب مصيدة الفقاعات (الشكل 5A). ويمكن قياس كمية النوى في الصور لتحديد الاتجاه باستخدام ImageJ في الحالة التي استخدمت فيها مصيدة الفقاعات، نظراً لعدم وجود خلايا في حالة غيابها15.

مخطط للنظام الموائع الدقيقة الذي يحتوي على مضخات ميكرونية، ومستشعر تدفق، وأنابيب حلقة السائل، ومصيدة فقاعات في التجربة.
الشكل 1. مكونات نظام التدفق ذو الحلقة المغلقة. يدخل السائل الخارج من المضخة الميكرونية أولاً إلى مصيدة الفقاعات لترشيح الفقاعات، ثم يمر عبر مستشعر لتسجيل بيانات التدفق قبل الانتقال إلى شريحة الموائع الدقيقة. صُمم النظام ليدعم حلقتي تدفق تعملان في آن واحد، مع عرض حلقة واحدة كاملة هنا. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

تجهيزات الشريحة الموائع الدقيقة؛ تشمل غلاف المضخة الدقيقة، ومستشعر التدفق، ومصيدة الفقاعات، ومكونات الإطار.
الشكل 2. المجموعات الفرعية لنظام التدفق للتركيب على آلة التموضع العشوائي (RPM). يتم حماية المضخات الدقيقة والإلكترونيات داخل غلاف. بعد التجهيز (أي الملء بالسائل)، يتم تركيب السطح العلوي باستخدام قضبان ملولبة على الغلاف، مع وضع شريحة الموائع الدقيقة في المركز بينهما. يتم تركيب مستشعرات التدفق ومصائد الفقاعات على السطح العلوي. يتم تثبيت غلاف الإلكترونيات على لوحة تركيب مزودة بعارضة عرضية للتثبيت على آلة RPM. يظهر في الشكل حلقتان مستقلتان للتدفق. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

إعداد الرحلان الكهربائي لفصل البروتين، أجهزة مختبرية تعرض التحليل بالرحلان الكهربائي.
الشكل 3. نظام التروية المجمع والمثبت على آلة تحديد المواضع العشوائية (RPM). يتم تثبيت نظام التروية العام عن طريق ربط العارضة العرضية للوحة التثبيت بآلة RPM. يتم تنظيم كابلات الطاقة الإلكترونية عن طريق لفها حول المحيط المركزي، مما يضمن ملاءمة المجموعة بأكملها ضمن قيود المساحة المتاحة لمنصة حمولة RPM. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

مخططات تحليل معدل التدفق، بيانات التجربة، إعداد A مقابل B، الزمن (h) مقابل معدل التدفق (mL/min).
الشكل 4. مقارنة لمخططات معدل التدفق التمثيلية. مقارنة لمخطط معدل التدفق بين (A) حلقة تدفق بدون مصيدة فقاعات مستقلة عن التوجيه و (B) حلقة تدفق مع مصيدة فقاعات مستقلة عن التوجيه. أُجريت هذه التجربة في ظروف الجاذبية العادية (أي بدون RPM) مع وضع مستشعر التدفق مباشرة قبل الشريحة المجهرية في كلتا حلقتي التدفق. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

صور مجهرية لمقايسة حيوية الخلايا تظهر الفرق في كثافة الخلايا؛ صبغ باللونين الأحمر والأزرق.
الشكل 5. صور تمثيلية لخلايا بطانية مستزرعة تحت ظروف التدفق مع وبدون مصيدة فقاعات مستقلة عن الاتجاه. (A) تدفق بدون مصيدة فقاعات يظهر انخفاضاً في التصاق الخلايا؛ (B) تدفق مع مصيدة فقاعات يظهر ارتفاعاً في التصاق الخلايا. يظهر الأكتين باللون الأحمر والنوى باللون الأزرق. شريط المقياس = 200 µm. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

المناقشة

تم تطوير نظام مائعات دقيقة مغلق الحلقة ومستقل عن التوجه، قادر على العمل في غياب الجاذبية، وأثبتت التجارب فعاليته في زراعة الخلايا البطانية تحت ظروف التدفق الفسيولوجية. وتتمثل المكونات الرئيسية للنظام في متحكم دقيق، ومضخة دقيقة، ومستشعر لتدفق السوائل، وشريحة زراعة خلوية دقيقة، ومصيدة فقاعات مستقلة عن التوجه ومطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد ومصممة خصيصاً.

تم تصنيع مصائد الفقاعات المستخدمة في هذا العمل من راتنج الطباعة بالتجسيم 15، والذي يتميز عمومًا بتوافق خلوي منخفض عند استخدامه دون ترشيح مسبق للمونومرات غير المبلمرة، حتى بالنسبة للراتنجات ذات الدرجة الطبية الحيوية 17,18. لذا، من المهم قبل تطبيق مصيدة الفقاعات في النظام تقييم ما إذا كانت المواد الكيميائية المرتشحة من مادة مصيدة الفقاعات المصنعة خصيصًا قد تؤثر سلبًا على حيوية الخلايا.

بعيداً عن خيارات المواد المتوافقة حيوياً، فإن الخطوات الأكثر أهمية في بروتوكولات إعداد التجربة هي سد مصيدة الفقاعات، وغمر الشريحة الميكرونية (microslide) من أجل التهيئة، وتنظيم الكابلات عند استخدام جهاز محاكاة الجاذبية الصغرى. بعد التأكد من خلو نظام السوائل المهيأ من الفقاعات، يجب سد المنفذ العلوي لمصيدة الفقاعات بإحكام باستخدام شريط تيفلون وسدادة Luer لمنع التسرب. وبسبب الخشونة السطحية المتأصلة في طبقات الطباعة بالتقريب المجسم (stereolithography) للتصنيع المخصص، فإن سدادة Luer وحدها لا تكفي لتحقيق سد محكم. وقد وُجد أن غمر الشريحة الميكرونية في خزان من وسط زراعة الخلايا هو الطريقة الأكثر فعالية لضمان تهيئة خالية من الفقاعات، خاصة عند نقطة الربط بين الموصل الكوعي والشريحة الميكرونية. أما طرق التهيئة الأخرى التي تم تجربتها، مثل دمج صمامات إيقاف ثلاثية الاتجاهات في حلقة التدفق، فقد أدت إلى ترك عدد كبير من الفقاعات بعد التهيئة، والتي كان من المستحيل تقريباً إزالتها دون نزع الموصل الكوعي من الشريحة الميكرونية. وأخيراً، يمكن للكابلات الإلكترونية غير المنظمة أن تعيق جهاز محاكاة الجاذبية الصغرى، مما يتسبب في توقفه عن العمل دون قصد. وحتى بعد تثبيت جميع الكابلات والتحقق من قدرة الجهاز على الدوران بحرية قبل البدء في التجربة، يجب الاستمرار في مراقبة النظام والجهاز كل 3–4 ساعات من وقت الاستيقاظ لتقليل مخاطر التوقف.

يمكن تكييف هذا النظام لاستخدامه في زراعة خلايا أكثر تعقيداً أو رقاقات الأنسجة ثلاثية الأبعاد (3D)، ويمتلك القدرة على أن يكون أداة قيمة لتطوير النماذج المختبرية (in vitro) لفهم آليات الأمراض، ودعم تطوير الأدوية، وتقييم آثار مسببات الإجهاد أثناء الرحلات الفضائية، وإعداد التدابير المضادة. فعلى سبيل المثال، استُخدمت منصات الأنسجة المهندسة التي أُرسلت إلى محطة الفضاء الدولية (ISS) لفهم آثار الجاذبية الصغرى والتعرض للإشعاع5، كما استُخدمت البيئة القاسية للجاذبية الصغرى لمحاكاة الأنماط الظاهرية للشيخوخة أو لتوليد كرويات خلوية كبيرة متعددة الخلايا لدراسة السرطان19. وفي جميع هذه الحالات، يمكن استخدام مصيدة الفقاعات المستقلة عن التوجيه ونظام التدفق إما لفهم تأثير إجهاد القص أو لتخصيص انتقال الكتلة لتحقيق النتائج المرجوة.

مقارنةً بطرق زراعة الخلايا الأخرى، يتميز النظام المقدم هنا بميزتين رئيسيتين: (1) توفير تدفق مستمر في حلقة مغلقة و(2) كونه مدمجاً ومكتفياً ذاتياً. تعتمد بعض طرق زراعة الخلايا على دوارق أو آبار ساكنة، والتي تفتقر إلى إجهاد القص السائل الذي يحاكي الظروف الفسيولوجية. ويمكن لبعض الأنظمة التجارية (مثل ibidi Pump System, Gräfelfing, Germany) تحقيق تدفق مستمر أحادي الاتجاه من خلال صمامات تبديل متقاطعة بين محاقن متبادلة. ومع ذلك، فإن تشغيل مثل هذا الجهاز يتطلب عادةً نظام تحكم في المشغلات مرتبطاً بجهاز كمبيوتر منفصل، مما يجعله غير مدمج وغير مكتفٍ ذاتياً. بالإضافة إلى ذلك، فإن دمج مصيدة الفقاعات القوية الموصوفة في هذا البحث يسهل إجراء التجارب طويلة الأمد دون الحاجة إلى مراقبة مستمرة.

يتمثل أحد التعديلات المحتملة للنظام في الإصدارات المستقبلية في المضخة الدقيقة، وتحديداً لاستكشاف تأثيرات إجهاد القص الأعلى على الخلايا البطانية. كانت المضخات الدقيقة المستخدمة في البيانات التمثيلية قادرة فقط على إنتاج إجهادات قص تصل إلى 7.5 dyn/cm2، في حين تتعرض الخلايا البطانية في الجسم الحي عادةً لإجهادات قص أعلى بثلاثة أضعاف تقريباً20. وتشمل التطبيقات المستقبلية المحتملة لهذا النظام، بما يتجاوز الزراعة الخلوية المستمرة في الجاذبية الصغرى المحاكية، تطبيقات محمولة أخرى تتطلب تدويراً مستمراً للسوائل. وتتضمن هذه الإمكانيات فحص العقاقير، ومقايسات التلوث أو السمية، واختبارات التآكل، والتبريد السائل للإلكترونيات، والرصد البيئي للملوثات.

الإفصاحات

إن مصيدة الفقاعات متعددة الاتجاهات محمية بموجب طلب براءة الاختراع US 18634723. لا توجد تضاربات مصالح إضافية.

شكر وتقدير

تم دعم هذا العمل من خلال منحة بيولوجيا الفضاء من وكالة ناسا (NASA Space Biology) رقم 80NSSC21K0272.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
إيثانول 100%Fisher ScientificA4094 تُستخدم لتحضير محلول إيثانول بتركيز 70% لتعقيم النظام (الحد الأدنى المطلوب 35 مل)
فاصل دائري من النايلون الأسود بمقاس 6 مم، القطر الخارجي 7 مم، والقطر الداخلي 3.2 ممإكسكوتو (Exqutoo)ZH-0050تثبيت الجزء العلوي في الهيكل (الحد الأدنى المطلوب 4)
لوح أكريليك، بطول 75 مم × عرض 25 ممبوليمرسان (Polymersan)نظام التحكم في التكييف والتدفئة والتهوية المركزي (ACRCS)تثبيت محولات Luer الكوعية بالشريحة ذات القنوات الدقيقة (العدد الأدنى المطلوب: 1)
كابل USB 2.0 من نوع A-male إلى mini-Bشركة يوجرين المحدودة (Ugreen Group Limited)10355لتوصيل الكمبيوتر بالمتحكم الدقيق (الحد الأدنى المطلوب 1)
مصيدة الفقاعات(مخصص)لمنع مرور الفقاعات إلى الشريحة المجهرية (الحد الأدنى المطلوب: 1)
حامل مصيدة الفقاعاتمخصصحامل مطبوع ثلاثي الأبعاد لتثبيت مصيدة الفقاعات في مكانها (مطلوب 2 كحد أدنى)
ماء بدرجة نقاوة مناسبة للاستزراع الخلويFisher ScientificMT25055CIتُستخدم لشطف جميع آثار الإيثانول بعد التعقيم (الحد الأدنى المطلوب 30 مل)
حامل وحدة التحكم والمضخة والغطاء (حامل داخلي)مخصصلوحة تثبيت داخل الغلاف (الحد الأدنى المطلوب 1)
حامل القضيب العرضيمخصصلوحة تثبيت الغلاف الملحقة بقضيب تثبيت عرضي (الحد الأدنى المطلوب: 1)
موصلات DB15 تفريعية ذكر + أنثىANMBESTANMBEST_MDDB15لتوصيل الكمبيوتر بآلة التموضع العشوائي ثم بالمتحكم الدقيق (الحد الأدنى المطلوب 1)
موصل لوير كوع إلى شائكةibidi10802يربط الشريحة المجهرية بدورة التدفق (الحد الأدنى المطلوب 2)
شريط رغوي مزدوج الوجه3M4026لضغط محولات Luer الزاوية على شريحة القنوات الدقيقة (الحاجة الدنيا: 1)
غلاف (60 مم × 140 مم × 140 مم)هاموند1554Q2GYCLيحتوي على المتحكم الدقيق والمضخات الدقيقة (الحد الأدنى المطلوب 1)
حامل الغلاف (حامل سفلي)مخصصلوحة تثبيت أسفل الغلاف (الحد الأدنى المطلوب 1)
وصلة لوير أنثى-أنثىبواوحقن بو آو-WAD2354تُستخدم لتوصيل المحقنة بموصل لوير (Luer) الكوع لتحضير وسط المزرعة الخلوية (الحد الأدنى المطلوب: 1)
وسط زراعة الخلايا Gibco RPMI 1640Thermo Fisher11875093تُستخدم لاستزراع الخلايا البطانية (الحد الأدنى المطلوب 50 مل)
حلقات تثبيت، 9/16" قطر الثقب و1/8" السُمك، 1/8" معرفMcMaster-Carr9307K863لتمرير الأنابيب من وإلى الحاوية (الحد الأدنى المطلوب 8)
وصلة محول IDEX P-646، 1/16" وصلة مسننة إلى 1/4-28إندكس (IDEX)P-646توصيل مستشعر التدفق بدائرة التدفق (يلزم وجود 2 كحد أدنى)
مستشعر تدفق السوائلSensirionSLF3-1300Fلجمع بيانات التدفق (الحد الأدنى المطلوب: 1)
مشبك تثبيت مستشعر تدفق السوائلSensirionمشبك تثبيت SLF3xحامل SLF3x (الحد الأدنى المطلوب 2)
حقنة ذات قفل لوير (12 مل)McKesson414624للتجهيز بالتفريغ (الحد الأدنى المطلوب: 1)
سدادة لوير (Luer plug)Cole-ParmerUX-50110-33لإحكام إغلاق مصائد الفقاعات المستقلة عن الاتجاه (الحد الأدنى المطلوب: 1)
صامولة M2 من الفولاذ المقاوم للصدأVIGRUEB07PJQC7T6تثبيت مستشعرات تدفق السوائل في الحامل العلوي (الحد الأدنى المطلوب 4)
M2×8 براغي من الفولاذ المقاوم للصدأVIGRUEB07PJQC7T6تثبيت مستشعرات تدفق السوائل في الحامل العلوي (الحد الأدنى المطلوب 4)
فاصل سداسي من النايلون M3 ذكر-أنثىميجبولB0GC6GN9S7تثبيت لوحة mp-Multiboard في الحامل الداخلي (يلزم 4 على الأقل)
حلقة مانعة للتسرب من النايلون M3سوتيمريبور (Sutemribor)7.81573E+11تثبيت الغلاف في القاعدة (العدد الأدنى المطلوب 16)
صامولة M3 من الفولاذ المقاوم للصدأفيغرو (VIGRUE)B07PJQC7T6تثبيت الهيكل بالقاعدة السفلية، والعارضة العرضية بالقاعدة السفلية، وحامل المضخة بالقاعدة الداخلية (العدد الأدنى المطلوب 16)
حلقة تثبيت (واشر) من الفولاذ المقاوم للصدأ مقاس M3VIGRUEB07PJQC7T6تثبيت العارضة العرضية في قاعدة التثبيت السفلية، والغلاف في قاعدتي التثبيت السفلية والداخلية، وقاعدة التثبيت الداخلية في حامل المضخة (الحد الأدنى المطلوب 12)
M3×برغي رأس زر من الفولاذ المقاوم للصدأ مقاس 12فيجرو (VIGRUE)B07PJQC7T6تثبيت الغلاف بالقاعدة (الحد الأدنى المطلوب 4)
M3×برغي سداسي الرأس بمقبس من الفولاذ المقاوم للصدأ مقاس 12شكلFG001-3يُثبت حامل مصيدة الفقاعات في قاعدة السطح العلوي (يُشترط وجود 2 كحد أدنى)
M3×6 براغي فيليبس ذات رأس مقوسميجبولB0GC6GN9S7تثبيت mp-Multiboard في حامل داخلي (الحد الأدنى المطلوب 4)
M3×٨ براغي من الفولاذ المقاوم للصدأفيغرو (VIGRUE)B07PJQC7T6تثبيت العارضة العرضية في القاعدة السفلية، والغطاء في المثبت الداخلي، وحامل المضخة في المثبت الداخلي (الحد الأدنى المطلوب 8)
صامولة M4 من الفولاذ المقاوم للصدأVIGRUEB07PJQC7T6تثبيت القاعدة العلوية بالهيكل (الحد الأدنى المطلوب 4)
حلقة تثبيت (وردة) من الفولاذ المقاوم للصدأ M4VIGRUEB07PJQC7T6تثبيت الحامل العلوي بالهيكل (الحد الأدنى المطلوب 4)
قضيب مسنن من فولاذ M4-0.7يبدو أن النص المدخل "Arwnnklo" لا يحمل معنى علمياً أو لغوياً معروفاً، ويرجح أن يكون خطأً مطبعياً أو سلسلة عشوائية من الحروف. يرجى تزويدي بالنص العلمي المطلوب ترجمته.AR01تقطع إلى أطوال تبلغ حوالي 6 بوصات (الحد الأدنى المطلوب 4)
كابل USB صغير (ذكر إلى أنثى)PlinkwirekbPCM-0725-Lلتوصيل الكمبيوتر بالمتحكم الدقيق (الحد الأدنى المطلوب: 1)
موصل mini USB قائم الزاوية، ذكر إلى أنثىسرطان بطانة الرحم4326453558لتوصيل الكمبيوتر بالمتحكم الدقيق (اختياري) (الحد الأدنى المطلوب 1)
حامل القنوات الدقيقةمخصصحامل مطبوع ثلاثي الأبعاد للحفاظ على تمركز القناة الدقيقة (الحد الأدنى المطلوب: 1)
شريحة ذات قنوات دقيقة، µ-الشريحة VI 0.4ibidi80606لاختبارات الخلايا تحت التدفق (الحد الأدنى المطلوب: 1)
مضخة دقيقةبارتيلزMP6-HYBلإنتاج التدفق (الحد الأدنى المطلوب: 1)
حامل المضخة الدقيقةمخصصمثبت تثبيت لحمل المضخة الدقيقة (الحد الأدنى المطلوب: 1)
لوحة mp-Multiboard مع mp-Highdriver4بارتلزBM-E-0005للتحكم في إعدادات التردد والجهد للمضخات الدقيقة (الحاجة الدنيا: 1)
كابل المضخة mp-pumpبارتيلزBM-A-0055تُستخدم لتوصيل لوحة mp-Multiboard كهربائيًا بالمضخات الدقيقة (الحد الأدنى المطلوب: 1)
فاصل نايلون دائري، القطر الخارجي 7 مم، القطر الداخلي 3.2 ممهارفينجتون2037015لتثبيت الأنابيب بالمضخة الدقيقة (الحد الأدنى المطلوب 2)
حلقة دائرية مانعة للتسربZDBB7.17327E+11تثبيت كابل mini USB (ذكر إلى أنثى) بالهيكل (اختياري)  (الحد الأدنى المطلوب 3)
وعاء بلاستيكيهيردوزا (Herdusa)صندوق بلاستيكي HDS10تُستخدم كخزان مفتوح لوسط زراعة الخلايا (الحد الأدنى المطلوب 1)
أنابيب بولي يوريثان، 1/8 بوصة" القطر الداخلي، 1/4" الكثافة الضوئيةباركر95U-4-062-BLU-0100تثبيت الحامل العلوي في الهيكل (الحد الأدنى المطلوب 1.6 سم)
جهاز التموضع العشوائيإيرباصجهاز تحديد المواقع العشوائي 2.0 (الحد الأدنى المطلوب 1)
كابل SCC1-USBSensirionSCC1-USB 2Mتوصيل مستشعرات تدفق السوائل بالكمبيوتر (يُشترط وجود واحد على الأقل)
أنبوب طرد مركزي ذاتي الوقوفPEKYBIOB0C13GZVD6تُستخدم لحفظ مياه زراعة الخلايا/إيثانول بتركيز 70% (الحد الأدنى المطلوب: 2)
فاصل، بقطر خارجي 8 مم، وطول 20 مم، من الألمنيومMcMaster-Carr94669A062الحد الأدنى المطلوب 4
أنبوب Tygon PVC مقاس 1/16" المعرف x 1/8" الكثافة الضوئيةSaint-GobainB-44-3يربط جميع مكونات حلقة التدفق (الحد الأدنى المطلوب 40 سم)
قاعدة تثبيت السطح العلويمخصصلوحة تثبيت متصلة بمستشعرات تدفق السوائل ومصيدة فقاعات (الحد الأدنى المطلوب 1)
صامولة مجنحة، M4 x 0.7 مم، فولاذ مطلي بالزنكسيبتنك (Siptenk)S-TH-DLM-002تثبيت الحامل العلوي بالهيكل (الحد الأدنى المطلوب 4)
رباط تثبيت بلاستيكييرجى تزويدي بالنص المراد ترجمته.7.32073E+11تثبيت الكابلات عند تركيب النظام على RPM (الحد الأدنى المطلوب 4)

المراجع

  1. Di X, et al. Cellular mechanotransduction in health and diseases: from molecular mechanism to therapeutic targets. Signal Transduct Target Ther. 2023;8:282.
  2. Krittanawong C, et al. Human health during space travel: state-of-the-art review. Cells. 2023;12(1):40.
  3. Parafati M, et al. Human skeletal muscle tissue chip autonomous payload reveals changes in fiber type and metabolic gene expression due to spaceflight. NPJ Microgravity. 2023;9:77.
  4. Mair DB, Tsui JH, Higashi T, Kim D. Spaceflight-induced contractile and mitochondrial dysfunction in an automated heart-on-a-chip platform. Proc Natl Acad Sci U S A. 2024;121(40):e2404644121.
  5. Kim S, et al. Skeletal muscle-on-a-chip in microgravity as a platform for regeneration modeling and drug screening. Stem Cell Rep. 2024;19(8):1061-1073.
  6. Mu X, et al. Small tissue chips with big opportunities for space medicine. Life Sci Space Res (Amst). 2022;35:150-157.
  7. Ingber DE. Human organs-on-chips for disease modelling, drug development and personalized medicine. Nat Rev Genet. 2022;23:467-491.
  8. Kong JS, Kim J, Jang J, Cho D. Advances and applications of organ-on-a-chip technology. Cell Rep Methods. 2026;6(3):101361.
  9. He X, et al. How to prevent bubbles in microfluidic channels. Langmuir. 2021;37(6):2187-2194.
  10. Gao Y, Wu M, Lin Y, Xu J. Trapping and control of bubbles in various microfluidic applications. Lab Chip. 2020;20(24):4512-4527.
  11. Yang M, et al. Emergence of debubblers in microfluidics: A critical review. Biomicrofluidics. 2022;16(3):031503.
  12. Zhang Q, et al. Bubble nucleation and growth on microstructured surfaces under microgravity. NPJ Microgravity. 2024;10:13.
  13. Radtke AL, Herbst-Kralovetz MM. Culturing and applications of rotating wall vessel bioreactor derived 3D epithelial cell models. J Vis Exp. 2012;(62):e3868.
  14. Wadhwa A, Bruun L, Petersen JCG, Petersen LG. Guidelines for use of the random positioning machine as a reduced-gravity analog. Sci Rep. 2026;16:10012.
  15. Vegunta B, et al. Orientation-independent bubble trap with internal partition for robust operation of microfluidic systems. Lab Chip. 2025;25(14):3423-3429.
  16. Evani SJ, et al. Monocytes mediate metastatic breast tumor cell adhesion to endothelium under flow. FASEB J. 2013;27(8):3017-3029.
  17. Musgrove HB, Catterton MA, Pompano RR. Applied tutorial for the design and fabrication of biomicrofluidic devices by resin 3D printing. Anal Chim Acta. 2022;1209:339742.
  18. Nam N, Hwangbo N, Jin G, Shim J, Kim J. Effects of heat-treatment methods on cytocompatibility and mechanical properties of dental products 3D-printed using photopolymerized resin. J Prosthodont Res. 2023;67(1):121-131.
  19. Shelhamer M, et al. Selected discoveries from human research in space that are relevant to human health on Earth. NPJ Microgravity. 2020;6:5.
  20. Fisher AB, Chien S, Barakat AI, Nerem RM. Endothelial cellular response to altered shear stress. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2001;281(3):L529-L533.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

تم نشر هذه المقالة

الفيديو قريباً

تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.