أغسطس 22, 2007
في هذا الفيديو نظهر تقنية الطباعة الحجرية الناعمة مع siloxane polydimethyl (PDMS) التي نستخدمها لfarbricate جهاز ميكروفلويديك لزراعة الخلايا العصبية.
مرحبا بكم في مختبر الدكتور نيو جون. يتخصص John Lab في هندسة منصات الموائع الدقيقة للتطبيقات البيولوجية. في هذا الفيديو ، سنوضح إنتاج واستخدام جهاز ميكروفلويديك مصمم لتجزئة وزراعة الخلايا العصبية الأولية.
تم نشر جهاز الخلايا العصبية لأول مرة في Nature Methods في أغسطس من عام 2005. منذ تقديمه ، تم استخدام جهاز الخلايا العصبية على نطاق واسع من قبل المتعاونين في جميع أنحاء العالم. يتكون جهاز الخلايا العصبية من قطعة من PDMS تم صبها على رقاقة من السيليكون تحتوي على نمط SUA للجهاز ، والذي تم إنشاؤه مسبقا عن طريق الطباعة الحجرية الضوئية.
يحتوي الجهاز على ثلاث ميزات رئيسية ، أربعة خزانات ، وقطر ثمانية ملليمترات ، وقناتان رئيسيتان بعرض كل منهما 1.5 ملم ، وطول سبعة ملليمترات وطول مائة ميكرون وأخاديد صغيرة ، يبلغ عرضها 10 ميكرومتر وارتفاعها ثلاثة ميكرومترات تنضم إلى القناتين الرئيسيتين. يمكن أن يختلف طول الأخاديد الدقيقة من 150 ميكرون إلى 900 ميكرون ، على الرغم من أن الطول القياسي للاختيار هو 450 ميكرون. من خلال مراقبة الجهاز بحيث تكون القنوات الرئيسية والأخاديد الدقيقة عمودية ، يمكننا أن نرى أن الخزانات الموجودة على يسار الأخاديد متصلة عبر القنوات الرئيسية ، وكذلك الخزانات الموجودة على اليمين.
تسمح هذه الميزة للسائل بالتدفق عبر القناة الرئيسية ، وهي ميزة مهمة ، مما يجعل من الممكن تحميل الخلايا وتغيير الوسائط. يتمتع جهاز الخلايا العصبية بثلاث مزايا رئيسية مقارنة بمنصات زراعة الأنسجة التقليدية. أولا ، يسمح بتقسيم أجسام الخلايا أو سوما والمحاور باستخدام جهاز الخلايا العصبية ، من الممكن الحصول على كسور محورية نقية.
يسمح حجم وطول الأخاديد الدقيقة للمحاور العصبية بالمرور عبر القناة الرئيسية الأخرى مع منع أجسام المنشار من العبور. ثانيا ، نظرا لتصميم الجهاز والاستفادة من الضغط الهيدروستاتيكي ، من الممكن إخضاع جانب الخلية أو الجانب المحوري للجهاز لعلاجات منفصلة ببساطة عن طريق الحفاظ على الحجم والخزانات أعلى على جانب واحد من الجهاز مقابل الجانب الآخر. وثالثا ، يمكن قطع الجزء المحوري النقي للجهاز عن طريق الشفط الفراغي ، مما يسمح للباحث بدراسة ومراقبة التجديد المحوري.
ستعرض الباحثة هينا لي الآن إعداد جهاز الخلايا العصبية الموائع الدقيقة. يتم استخدام رقاقة السيليكون بثلاثة Ang بنمط مصنوع من SU ثمانية بواسطة الطباعة الحجرية الضوئية لصب قالب الموائع الدقيقة بولي ثنائي ميثيل سلون PDMS. نشير إلى رقاقة السيليكون بنمط SUA على أنها قوالب رئيسية أو ببساطة أساتذة.
يتم خلط PDMS مع عامل المعالجة بنسبة وزن 10 إلى واحد. أي ، على سبيل المثال ، 15 جراما من PDMS لكل 1.5 جرام من عامل المعالجة. ثم يتم خلط PDMS جيدا وصبه على رقاقة السيليكون.
يتماحتواء رقاقة السيليكون داخل طبق بتري من البوليسترين بطول 10 سم. يستغرق الأمر ما يقرب من 12 جراما إلى 15 جراما من PDMS لتغطية المتوسطات المتحركة بسمك أربعة ملليمترات تقريبا. ثم يتم وضع السيد مع PDMS في فراغ مجفف مع غطاء من طبق بتري ويتم تطبيق الفراغ.
يتم ذلك للمساعدة في إزالة فقاعات الهواء من PDMS التي تم إدخالها أثناء تقليب عامل المعالجة. تستغرق إزالة فقاعات الهواء حوالي 15 دقيقة. تتم إزالة السيد مع PDMS من المجفف بعد 15 دقيقة في المجفف الفراغي.
لا يزال هناك عدد قليل من الفقاعات المتبقية على سيد PDMS. يتم استخدام مسدس هوائي بفلتر 0.45 ميكرون لإزالة أي فقاعات متبقية. ثم يتم وضع السيد على صفيحة ساخنة بدرجة حرارة 80 درجة لمدة ساعة واحدة للشفاء.
في حالة عدم توفر مجفف الفراغ ، يمكن ترك السيد في درجة حرارة الغرفة لعدة ساعات. سوف تتبدد فقاعات الهواء في النهاية من تلقاء نفسها. في حالة عدم توفر لوح تسخين ، فسوف يعالج PDMS في درجة حرارة الغرفة بعد 24 ساعة.
من المهم التأكد من أن السيد مستوي أثناء عملية المعالجة. بمجرد علاج PDMS على السيد ، يتم نقله إلى غطاء نظيف باستخدام شفرة جراحية. يتم عمل دائرة مقطوعة حول محيط الأجهزة.
من المهم أنه عندما يقوم المرء بإدخال الشفرة في PDMS للتلامس مع رقاقة السيليكون ، ولكن ليس الضغط كثيرا على الرقاقة وإلا فسوف يتشقق السيد بدائرة مقطوعة على طول الأجهزة. هناك أربعة أجهزة لكل ثلاث بوصات من السيليكون. يتم رفع PDMS بعناية عن السيد.
يمكن البدء بذلك عن طريق لف الشفرة الجراحية برفق أثناء إدخالها في القطع السابق. إنه رقيق حقا مع أجهزة PDMS الموجودة على القالب. يتم ثقب خزانات الوجه لأعلى في الجهاز باستخدام لكمة خزعة الأنسجة بثمانية ملليمترات.
يتم دفع الحطام المتبقي في الثقب بقضيب. ثم يتم تقطيع الأجهزة إلى أرباع وقطع PDMS الزائدة بحيث يتناسب الجهاز بدقة مع غطاء Corning. يستخدم الزجاج رقم واحد مقاس 24 ملم × 40 ملم هواء نيتروجين لتفجير أي حطام زائد.
يمكن أيضا إزالة الحطام العنيد باستخدام شريط فينيل 3M Scotch Brand 4 7 1. الأجهزة النظيفة جاهزة الآن لربط البلازما. يتم استخدام منظف البلازما هريك لربط أجهزة الخلايا العصبية بالغطاء لفترة وجيزة.
يتم وضع الأجهزة وزلات الغطاء على صينية ، ثم يتم وضع الدرج في منظف البلازما ومضخة تفريغ تستخدم لتفريغ الهواء من الغرفة. من المهم ملاحظة أن أجهزة PDMS موضوعة ووجهها لأعلى. هذا مع التصميم المواجه لأعلى بحيث يتعرضون لغاز البلازما.
بعد أن يصلضغط الفراغ إلى 300 ، يتم تحويل طاقة المليتور إلى ملف كهربائي وضبطها على درجة عالية. يتم تكسير كل شيء على الباب للسماح بدخول القليل من الهواء إلى الغرفة ، مما يساعد على توليد البلازما. يتم معالجة الأجهزة وزجاج الغطاء بالبلازما لمدة دقيقتين.
لاحظ اللون الأرجواني في الغرفة. هذه هي البلازما الفعلية. ينتج الملف الكهربائي البلازما ، وهي غاز متأين جزئيا يتكون من إلكترونات وأيونات وجزيئات أو جزيئات محايدة.
تخلق البلازما أنواعا تفاعلية على سطح الزجاج والجهاز ، والتي عند وضعها معا ستشكل رابطة دائمة. تعمل البلازما أيضا على تحويل السطح إلى ماء ، مما يساعد على تسهيل إضافة السوائل. يقوم منظف البلازما أيضا بتعقيم الأجهزة.
بعد معالجة البلازما لمدة دقيقتين ، يتم إيقاف تشغيل الطاقة في الفراغ ويتم توجيه الهواء إلى الغرفة. يتم تجميع الخدمات المعالجة بالبلازما للزجاج وجهاز الموائع الدقيقة على اتصال مع بعضهما البعض في مقعد نظيف. ثم يتم وضع الأجهزة في أطباق معقمة 60 ملم.
تشكل الأسطح المعالجة بالبلازما للزجاج والجهاز رابطة ضيقة لا رجعة فيها. في غضون 10 دقائق من ربط البلازما ، يضاف الجهاز إلى زجاج البوليول يسين إلى الجهاز. بعد 10 دقائق ، ستنخفض ماء الجهاز.
مما يجعل من الصعب على PLL الدخول إلى الجهاز. من المهم التحقق من وجود فقاعات هواء في الجهاز بعد إضافة PLL. تتمثل إحدى الطرق السهلة لإزالة فقاعات الهواء الموجودة في استخدام ماصة P 200 مملوءة ب 100 ميكرولتر من السائل.
في هذه الحالة ، ضع PLL الطرف مباشرة عند فتحة القناة الرئيسية ، ثم اضغط على P 200 بقوة. قد يلزم تكرار ذلك عدة مرات ، ولكن في النهاية ستدفع القوة الناتجة عن الماصة الفقاعات إلى الخارج. يسمح للأجهزة التي تحتوي على PLL بالحضانة بين عشية وضحاها وحاضنة زراعة الأنسجة القياسية عند 37 درجة مع 5٪ CO2.
بعد 24 ساعة من الحضانة باستخدام PLL ، يتم شطف الأجهزة مرتين بسرعة بالماء منزوع الأيونات بالأوتوكلاف. خلال هذه العملية ، لا تتم إزالة السائل بالكامل من القنوات الرئيسية ، فقط من الخزانات. ستؤدي إزالة السائل من القنوات الرئيسية إلى إدخال فقاعات.
بعد شطفتين سريعتين ، تمتلئ الأجهزة بالماء منزوع الأيونات من الأوتوكلاف مرة أخرى وتوضع مرة أخرى في الحاضنة لمدة لا تقل عن ثلاث ساعات أو طوال الليل. في اليوم التالي ، بعد احتضان الأجهزة بالماء طوال الليل أو لمدة ثلاث ساعات على الأقل ، يتم إحضارها مرة أخرى إلى خزانة السلامة الحيوية وشطفها مرتين بالماء منزوع الأيونات. ثم تضاف الوسائط القاعدية العصبية التي تحتوي على المكملات الغذائية اللازمة ، B 27 والغلوتامات لزراعة الخلايا العصبية الأولية للفئران إلى الأجهزة.
ثم يتم وضع الأجهزة مرة أخرى في الحاضنة لاستخدامها في المستقبل. الأجهزة جاهزة الآن لجلوس الخلايا العصبية. في هذا الفيديو ، أظهرنا تقنية الطباعة الحجرية الناعمة ، والتي نستخدمها لتصنيع أجهزة الخلايا العصبية الخاصة بنا.
يمكن استخدام هذه الأجهزة لزراعة الخلايا العصبية وأنواع الخلايا الأخرى ذات الأهمية. الميزة الأساسية لهذه الأجهزة هي القدرة على فصل وتجزئة ثقافة أجسام الخلايا العصبية على جانب واحد من الجهاز من جزء محوري نقي على الجانب الآخر من الجهاز. في الفيديو التالي ، سنوضح لك كيف نقوم بإعداد الخلايا العصبية القشرية لرف الجنين E 18 وكيف نقوم بتحميل الخلايا في الجهاز.
هذا كل شيء من مختبر جون. شكرا على المشاهدة.
يوضح هذا الفيديو تقنية الليثوغرافيا الناعمة باستخدام بولي ديميثيل سيلوكسان (PDMS) لتصنيع جهاز ميكروفلويديك لزراعة الخلايا العصبية. يسمح الجهاز بتقسيم الأجسام الخلوية العصبية والحواصل العصبية، مما يسهل الدراسات المتقدمة في علم الأعصاب.
Compartmentalized microfluidic platforms enable precise spatial control of neuronal subpopulations, supporting target validation in neurodegenerative disease models. By isolating soma and axon compartments, these systems facilitate mechanistic de-risking of therapeutic candidates through compartment-specific treatment and readout. This approach enhances predictive confidence in early discovery by reducing biological noise and improving assay specificity for axonal regeneration and neuroprotection studies.
The microfluidic neuron device integrates into the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, enabling compartment-specific analysis at each stage.