June 22nd, 2012
الهدف العام من هذا الإجراء هو إنشاء جهاز ميكروفيليديك مغطى بالخلايا البطانية. يتم تحقيق ذلك عن طريق تصنيع قالب الموائع الدقيقة أولا. الخطوة الثانية هي إنشاء قناة PDMS.
بعد ذلك ، يتم زرع الخلايا البطانية في الجهاز. الخطوة الأخيرة هي زراعة الخلايا داخل الجهاز. في النهاية ، يتم استخدام أجهزة الموائع الدقيقة المطلية بالخلايا البطانية لإظهار تفاعلات الخلية إلى الخلية في المختبر.
الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية هي أنها توفر للباحث ضوابط صارمة على الظروف البيولوجية والفيزيائية الحيوية ومتوافقة مع الفحص المجهري الفلوري. على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر نظرة ثاقبة لتفاعلات خلايا الخلايا الفيزيائية الحيوية في أمراض الدم ، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضا على ظواهر مثل بيولوجيا الكريات البيض ، ورم خبيث للسرطان ، وبيولوجيا الخلايا الجذعية المكونة للدم. بشكل عام ، سيكافح الأفراد الجدد في هذه الطريقة لأنه يجب التحكم في الظروف بإحكام من أجل الجلوس الخلوي الناجح.
استعدادا للتصنيع ، يقوم بإنشاء قناع صور عن طريق إرسال صورة تصميم بمساعدة الكمبيوتر لجهاز Microfluid إلى بائع قناع خارجي. بمجرد استلامه ، يتكون القناع من طبقة كروم على زجاج الجير الصودا. هنا عرض قناة السوائل الدقيقة هو 30 ميكرون.
لبدء تصنيع جهاز الموائع الدقيقة ، قم بتنظيف رقاقة سيليكون عارية مع سمكة البيرانا لمدة 15 دقيقة ، ثم اشطفها بالماء منزوع الأيونات لمدة 10 ثوان. ثم اغمر رقاقة السيليكون في حمض الهيدروفلوريك لمدة 30 ثانية ، واشطفها بالماء منزوع الأيونات لمدة 10 ثوان تقريبا. بعد ذلك ، باستخدام تدور كوتر تدور micro chem SU 8 20 25 مقاومة للصور على الرقاقة على ارتفاع 30 ميكرون باستخدام سرعة دوران تبلغ 3000 دورة في الدقيقة.
ضع الرقاقة المطلية SU 8 20 25 على لوح ساخن على درجة حرارة 95 درجة مئوية لمدة خمس دقائق للتخلص من المذيبات الزائدة. لا ينصح باستخدام فرن لهذه الخطوة. الآن ، ضع قناع الصورة فوق الرقاقة وقم بتعريضه للأشعة فوق البنفسجية في بطانة قناع لربط الربط المتقاطع لمقاومة الصور SU 8 20 25.
بعد الربط المتقاطع ، ضع الرقاقة مرة أخرى على اللوح الساخن عند 95 درجة مئوية لمدة خمس دقائق إضافية. لزيادة تسريع بلمرة SU 8 20 25 مقاومة للصور. ثم اغمر الرقاقة في مطور SU eight ، والذي يتكون بشكل أساسي من P-G-M-E-A لمدة أربع دقائق.
سيؤدي هذا إلى إزالة صورة SU 8 20 25 غير المتشابكة. قاوم. اشطف الرقاقة المطورة حديثا بكحول الأيزوبروبيل بنسبة 100٪ لمدة 10 ثوان ، ثم جففها باستخدام النيتروجين المضغوط ، أو عن طريق السماح للمذيب بالتبخر من الرقاقة في غطاء دخان نظيف لعدة دقائق. الآن ، قم بلصق الرقاقة المجففة في وسط طبق بتري ، مع الحرص على وضع الشريط على حواف الرقاقة.
أخيرا ، قم بوضع ماصة 500 ميكرولتر من طبقة سيجما على الرقاقة. غطي طبق بتري بالغطاء ، ثم حركي الطبق لضمان الطلاء الكامل للرقاقة. قم بإزالة الغطاء واترك الرقاقة تجف لعدة دقائق حتى يتبخر كل المذيب.
بعد خلط بوليمر PDMS وعامل المعالجة بنسبة 10 إلى وزن واحد لكل وزن ، قم بإزالة فقاعات الهواء باستخدام مجفف الفراغ لعدة دقائق إلى ساعة واحدة ، اعتمادا على قوة نظام التفريغ المتاح. بعد إزالة جميع فقاعات الهواء ، اسكب الخليط في الطبق حتى يتم تغطية الرقاقة وسطح الطبق. لإنشاء ورقة من PDMS يبلغ سمكها حوالي خمسة ملليمترات.
قم أيضا بإنشاء قطعة رقيقة عديمة الملامح من PDMS بسمك ملليمتر واحد. ثم يعالج الخليط في فرن 60 درجة مئوية طوال الليل. في اليوم التالي ، استخدم سكينا أو مشرطا لقطع الرقاقة وإزالة العديد من أجهزة الموائع الدقيقة PDMS.
ثم قص الورقة لعزل الأجهزة الفردية. قص ورقة PDMS أكبر قليلا من جهاز الموائع الدقيقة. استخدم الآن دبوس نائب Harris unicorn أو جهاز مشابه لإنشاء فتحات مدخل ومخرج في جهاز الموائع الدقيقة.
بعد ذلك ، قم بتنظيف أسطح جهاز الموائع الدقيقة والورقة باستخدام شريط سكوتش. ثم استخدم منظف البلازما لتعريض أسطح جهاز الموائع الدقيقة وورقة PDMS لبلازما الأكسجين لمدة 30 ثانية. تخلق بلازما الأكسجين أنواعا تفاعلية على السطح المكشوف ل PDMS ، والتي ترتبط عند ملامستها الجسدية.
بعد ذلك ، املأ حقنة واحدة مليلتر مزودة بإبرة نقطة حادة قياس 20 مع 50 ميكروغرام لكل ملليلتر. ثم يتناسب الفيبرونيكتين من البلازما البشرية في PBS بطول الأنبوب فوق الإبرة. أدخل قطعة من الأنابيب الرقيقة في القطعة الأولى من الأنبوب لإنشاء احتكاك بين قطعتي الأنابيب.
ثم قم بتوصيل الطرف الآخر من القطعة الرقيقة من الأنبوب بمدخل جهاز الموائع الدقيقة. اضغط على المحقنة لملء القنوات بالكامل بمحلول الفيبرونيكتين ولإنشاء قطرة صغيرة 100 ميكرولتر في منفذ التوقعات لضمان بقاء القنوات رطبة. الآن ، احتضان جهاز الموائع الدقيقة في حاضنة رطبة عند 37 درجة مئوية لمدة 40 إلى 60 دقيقة.
بعد الحضانة ، قم بتوصيل حقنة جديدة مملوءة ب PBS بإبرة النقطة الحادة. اضغط لغسل جهاز الموائع الدقيقة باستخدام PBS. تحضير 500 ، 000 إلى 2 مليون خلية في المليلتر من الخلايا البطانية للوريد السري البشري ، أو لديها وسائط نمو بطانية مع 8٪ ديكستران.
تزيدإضافة ديكستران من احتمالية أن تلتصق الخلايا وتزرعها بنجاح داخل جهاز الموائع الدقيقة. حقنة حشو نظيفة مزودة بإبرة نقطة حادة وأنابيب أوسع مع تعليق الخلية وتوصيل طول أطول من الأنابيب بطول متر واحد تقريبا. من الأهمية بمكان التأكد من أن الأنبوب مناسب تماما للتخلص من التسرب بين أي اتصالات.
قم بتجهيز الأنبوب بمحلول الخلية ، مع التأكد من عدم وجود فقاعات في المحقنة أو أي من الأنابيب لتحسين أداء النظام. من الأهمية بمكان في هذه المرحلة منع دخول أي تسريبات أو فقاعات إلى النظام. أي تسرب للمحلول أو وجود فقاعات في الوسائط سيمنع الجلوس الناجح للخلايا البطانية.
بمجرد التخلص من جميع الفقاعات وتجهيز طول الأنبوب بالكامل بتعليق الخلية ، ضع المحقنة على المضخة وقم بتوصيل الطرف الآخر بمدخل الموائع الدقيقة. يتم ضبط مضخة الحقنة على نفس ارتفاع جهاز الموائع الدقيقة. يتم لف الطول الطويل للأنبوب بعناية داخل الحاضنة لضمان تسخين الخلايا والوسائط بشكل كاف قبل ملامسة الجهاز.
ثم يتم حقن تعليق الخلية في جهاز الموائع الدقيقة بمعدل تدفق حجمي يبلغ 1.23 ميكرولتر في الدقيقة لمدة ساعتين عند 37 درجة مئوية و 5٪ ثاني أكسيد الكربون في نظامنا. يتوافق معدل الإنفلونزا الحجمي البالغ 1.23 ميكرولتر في الدقيقة مع سرعة منتصف الطريق البالغة ملليمتر واحد في الثانية في أصغر القنوات. هذا يقترب من إجهاد قص الجدار بمقدار سنت واحد لكل سنتيمتر مربع في تلك القنوات باستخدام الدم الكامل.
بمجرد اكتمال ضخ تعليق الخلية ، استخدم نفس مضخة الحقنة والأنابيب الطويلة مع حقنة أكبر لبث وسائط نمو جديدة لمدة يومين إلى ثمانية أيام بمعدل 1.23 ميكرولتر في الدقيقة. عندما تكون الطبقة الأحادية للخلية في المستوى المطلوب من التقاء ، قم بحقن الدم أو تعليق الخلية في النظام للتجريب. هنا ، يتم عرض جهاز السوائل الدقيقة قبل البطانة.
تم غرس جهاز الموائع الدقيقة بألوان الطعام لتوضيح حجم وحجم وتصميم الجهاز الذي يحاكي فسيولوجيا الأوعية الدموية. يكشف الفحص المجهري برايتفيلد عن البطانة لجهاز ميكروفيليديك. تم الحصول على هذه الصورة بعد أقل من 48 ساعة من البذر باستخدام البروتوكول الموصوف ، تسمح تقنية التروية المحسنة للخلايا البطانية بالخلط بزراعة السطح الداخلي بالكامل لنظام الموائع الدقيقة بطلاقة.
في غضون 24 إلى 48 ساعة من بذر الخلايا. كما هو موضح في هذه الصورة متحدة البؤر ، فإن الورم الوعائي الدقيق على شريحة ذات قنوات دقيقة يقترب من حجم 30 ميكرون من الفيلات الشعرية اللاحقة في موقع معظم أحداث انسداد الأوعية الدموية الدقيقة للخلايا المنجلية. في هذه التجربة ، يتم حقن الدم الكامل من المرضى الأصحاء في الأوعية الدموية الدقيقة على جهاز رقاقة في ظروف غير مؤكسجة.
يوضح هذا الفيلم أن تدفق الدم الكامل في نظام الموائع الدقيقة البطانية لدينا منتظم وسلس ومستمر مع عدم وجود مناطق من انسداد القنوات الدقيقة. هنا ، يتم حقن الدم الكامل من المرضى الذين يعانون من مرض فقر الدم المنجلي في الأوعية الدموية الدقيقة على جهاز رقاقة. في الظروف غير المؤكسجة ، تظهر تغيرات كبيرة في تدفق الدم مع وجود انسداد كامل في عدة قنوات.
أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر عدم إدخال فقاعات الهواء عند تبديل الأنابيب. الجهاز النهائي متوافق مع الفحص المجهري الفلوري ويمكن تكييفه مع فحوصات التألق التقليدية. تمهد هذه التقنية الطريق لأخصائيي أمراض الدم التجريبيين لإجراء تجارب باستخدام خلايا مفردة في بيئة فيزيائية حيوية وديناميكية دموية خاضعة للرقابة.
لا فقاعات.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
تصف هذه المقالة طريقة لزراعة أحادي طبقة الخلايا البطانية في جهاز ميكروفلويديك مع قنوات بحجم الأوعية الدموية الدقيقة. يسهل هذا النموذج المختبري دراسة التفاعلات بين خلايا الدم، والخلايا البطانية، والعوامل الذائبة في الأمراض الدموية.
This endothelialized microfluidic platform addresses a critical gap in hematologic disease research by enabling precise control of microvascular hemodynamic and biophysical conditions. It provides a reproducible in vitro system to study pathogenic cell-endothelial interactions under flow, supporting mechanistic de-risking in target validation and assay development. The model enhances predictive confidence for hematologic therapeutic candidates by replicating post-capillary venule-scale pathophysiology relevant to vaso-occlusive crises.
The method fits within the discovery continuum from target hypothesis screening to preclinical efficacy testing, particularly for hematologic agents targeting microvascular adhesion or endothelial activation.