غير البلازما من الربط PDMS للصناعات رخيصة من أجهزة ميكروفلويديك
نوفمبر 1, 2007
نحن في هذا الفيديو لشرح كيفية استخدام الجهاز بدون ارتباط الخلايا العصبية ميكروفلويديك البلازما.
تمتلك المختبرات التي تجري عمليات التصوير الضوئي والطباعة الحجرية اللينة بشكل روتيني ما يسمى بمنظف البلازما. يحتوي منظف البلازما على ملف كهربائي يعمل على توليد غاز متأين جزئياً يتكون من إلكترونات وأيونات وذرات وجزيئات متعادلة. وتعمل البلازما على تكوين أنواع تفاعلية على سطح الزجاج والجهاز، مما يؤدي إلى تشكيل رابطة دائمة عند وضعهما معاً.
كما يجعل البلازما سطح الجهاز محباً للماء، مما يسهل إضافة السوائل. ومع ذلك، في بعض الحالات، لا يكون الرابط الدائم غير القابل للعكس مرغوباً فيه. وبالإضافة إلى ذلك، فإن العديد من المختبرات لا تملك إمكانية الوصول إلى جهاز تنظيف بالبلازما.
لمعالجة هذا القلق، سنقوم اليوم بتوضيح طريقة الربط غير البلازمي القابل للعكس لجهاز العصبونات بزجاج الغطاء؛ حيث تشكل القوى الكهروستاتيكية بين PDMS والزجاج رابطة محكمة ضد تسرب المياه ومناسبة لاستزراع الخلايا. أود أن أقدم لكم كيانا لي، التي ستقوم بتقديم العروض التوضيحية اليوم.
يتم تنظيف شرائح التغطية من نوع Corning رقم 1 بمقاس 24 millimeter by 40 millimeter باستخدام جهاز التنظيف بالموجات فوق الصوتية (sonicate) ذو الحمام المائي. تُوضع الشرائح الزجاجية في حامل من الفولاذ المقاوم للصدأ، والذي يُوضع بدوره في وعاء زجاجي مملوء بالماء منزوع الأيونات. بعد ذلك، يُوضع الوعاء الزجاجي داخل جهاز التنظيف بالموجات فوق الصوتية ذو الحمام المائي.
بعد ذلك، تُعرض الشرائح الزجاجية للموجات فوق الصوتية لمدة 30 دقيقة. وعقب عملية التنظيف بالموجات فوق الصوتية، يتم تفريغ الماء منزوع الأيونات من الوعاء الزجاجي. ثم يُوضع إيثانول بتركيز 70% في الوعاء الزجاجي الذي يحتوي على الشرائح الزجاجية، ومن ثم يُنقل الوعاء إلى كابينة السلامة الحيوية القياسية للحفاظ على تعقيمها.
بعد الشطف بـ 70%ethanol، يتم إخراج حامل الفولاذ المقاوم للصدأ من الوعاء الزجاجي وتُترك الشرائح الزجاجية لتجف تماماً لعدة ساعات أو طوال الليل. بعد ذلك، وأثناء التواجد داخل كابينة السلامة الحيوية، تُطلى الشرائح الزجاجية بـ PLL عن طريق غمرها في وعاء مملوء بمحلول PLL. وتُترك الشرائح الزجاجية منقوعة في محلول PLL لمدة ثلاث ساعات على الأقل أو طوال الليل.
بعد الطلاء بـ PLL، يتم إزالة سائل PLL من الطبق ثم تُشطف الشرائح الزجاجية جيداً بالماء منزوع الأيونات. وبعد شطف الزجاج المطلي بـ PLL بالماء عدة مرات، يُملأ الطبق بالماء وتُترك الشرائح الزجاجية لتنقع في الماء لعدة ساعات. وبعد النقع لعدة ساعات في الماء منزوع الأيونات، يتم سحب الماء من الطبق.
تُشطف الشرائح الزجاجية سريعاً، ثم تُزال من الطبق وتوضع في حامل من الفولاذ المقاوم للصدأ وتُترك لتجف طوال الليل. وفي خزانة السلامة البيولوجية، يتم إحضار أجهزة Neuron إلى الخزانة وشطفها جيداً بـ 70%ethanol لتعقيمها. ثم يُشفط الإيثانول الزائد من الجهاز. بعد ذلك، تُترك الأجهزة لتجف طوال الليل في خزانة السلامة البيولوجية حتى اليوم التالي.
يتم وضع جهاز العصبونات المعقم هذا ببساطة فوق الزجاج النظيف والمعقم والمعالج بـ PLL. يشكل الـ PDMS رابطة عكسية مع الزجاج تكون محكمة السوائل. يتم ربط الجهاز بالزجاج باستخدام خلايا ضغط خفيفة، أو يتم إضافة الأوساط الغذائية فوراً إلى الجهاز.
إن الانتظار لفترة طويلة قبل إضافة الوسط أو الخلايا إلى الجهاز بعد التجميع قد يجعل دخول السائل إلى الجهاز أكثر صعوبة. ومن المهم ملاحظة أن السائل لا يدخل الأجهزة غير المعالجة بالبلازما بنفس سرعة دخوله إلى الجهاز المعالج بالبلازما. تكون الأجهزة المعالجة بالبلازما محبة للماء في البداية مباشرة بعد المعالجة، مما يجعل السوائل تتدفق بسهولة داخل الجهاز المحب للماء، في حين يكون التدفق عبر الأجهزة غير المرتبطة بالبلازما أبطأ بكثير.
في بعض الحالات، قد يكون من الضروري استخدام ماصة لدفع السائل إلى داخل الجهاز. لقد أوضحنا لكم في هذا الفيديو كيفية ربط جهاز العصبونات بالزجاج الغطائي دون استخدام البلازما. وتُعد هذه الطريقة فعالة وغير مكلفة لربط PDMS بأسطح الزجاج بشكل عكسي.
نأمل أن تكونوا قد وجدتم هذا الفيديو مفيداً وقِيّماً. هذا كل شيء من مختبر جون. شكراً للمشاهدة.
نظرة عامة
يوضح هذا الفيديو طريقة لاستخدام جهاز ميكروفلويديك عصبي دون الحاجة إلى الربط بالبلازما. وتتيح هذه التقنية إيجاد رابطة عكسية بين الجهاز والزجاج، مما يجعلها مناسبة لاستزراع الخلايا.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- الموائع الدقيقة
- تقنيات زراعة الخلايا
خلفية علمية
- يُستخدم الربط بالبلازما بشكل شائع في المختبرات لإنشاء روابط دائمة بين المواد.
- تفتقر العديد من المختبرات إلى إمكانية الوصول إلى أجهزة تنظيف البلازما، مما يجعل استخدام طرق بديلة أمراً ضرورياً.
- يمكن لتقنيات الربط العكسي أن تسهل عملية التعامل مع الأجهزة.
- تم تصميم جهاز الموائع الدقيقة للعصبونات من أجل تطبيقات زراعة الخلايا.
الغرض من الدراسة
- لتوضيح طريقة للربط العكسي لأجهزة العصبونات بالزجاج دون الحاجة إلى المعالجة بالبلازما.
- لتوفير حل فعال من حيث التكلفة للمختبرات التي تفتقر إلى معدات الربط بالبلازما.
- لضمان أن يكون الربط مانعاً لتسرب المياه ومناسباً لاستزراع الخلايا.
الطرق المستخدمة
- تنظيف الشرائح الزجاجية باستخدام جهاز سونيكاتور (موجات فوق صوتية) بحمام مائي.
- طلاء الشرائح الزجاجية بـ poly-L-lysine (PLL) لتعزيز قوة الترابط.
- استخدام القوى الكهروساتيكية لإنشاء رابطة عكسية بين PDMS والزجاج.
- توضيح عملية التجميع داخل كابينة السلامة البيولوجية للحفاظ على التعقيم.
النتائج الرئيسية
- يُشكل جهاز العصبونات غير المترابط بالبلازما سدًا محكمًا ضد الماء مع الزجاج.
- يكون دخول السائل إلى الجهاز أبطأ مقارنة بالأجهزة المعالجة بالبلازما.
- يمكن إضافة الخلايا أو الأوساط الغذائية مباشرة بعد التجميع لتحقيق أفضل النتائج.
- تعد هذه الطريقة فعالة ولا تتطلب معدات باهظة الثمن.
الاستنتاجات
- توفر الطريقة الموضحة بديلًا فعالاً للربط بالبلازما.
- يمكن تحقيق الربط العكوس باستخدام تقنيات بسيطة متوفرة في معظم المختبرات.
- يعد هذا النهج مفيدًا للباحثين الذين يعملون على الأجهزة الموائع دقيقة في زراعة الخلايا.
الأسئلة الشائعة
الأهمية الصناعية التنفيذية
توفر هذه الطريقة نهجاً فعالاً من حيث التكلفة وقابلاً للعكس للربط في الأجهزة الموائع الدقيقة المستخدمة في أبحاث العلوم العصبية، مما يسمح بتطبيقات زراعة الخلايا دون الاعتماد على معدات التنظيف بالبلازما. وهي تدعم مرحلة التحقق الأولية من الأهداف وتطوير المقايسات من خلال توفير ختم مانع لتسرب المياه ومناسب للزراعة العصبية، مع معالجة عوائق الوصول في المختبرات ذات الموارد المحدودة. كما تعزز هذه التقنية الاستمرارية الانتقالية من خلال السماح بإزالة الجهاز بعد الزراعة لإجراء التحليلات اللاحقة مثل التلوين المناعي أو الفحص المجهري.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية البيولوجية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- القيمة العلمية: تتيح استقصاء نمو الخلايا العصبية وديناميكيات المسارات في البيئات الموائعية الدقيقة دون الحاجة إلى تثبيت دائم للجهاز.
- القيمة التشغيلية: تدعم الربط العكسي لإجراء التجارب التكرارية وإعادة استخدام الجهاز في سير عمليات التحقق من الأهداف.
الفحص وتطوير المقايسة
- القيمة العلمية: يوفر بيئة مائعات دقيقة محكمة السوائل ومناسبة للتعريض للمركبات وتصوير الخلايا الحية في المقاييس العصبية.
- القيمة التشغيلية: يسهل توحيد المقاييس من خلال إمكانية تثبيت الجهاز وإزالته عن الركائز الزجاجية المطلية.
الأبحاث الانتقالية وما قبل السريرية
- القيمة العلمية: يحافظ على ظروف زراعة الخلايا العصبية ذات الصلة بالمرض مع تمكين استعادة الجهاز بعد الفحص لتحليل المؤشرات الحيوية أو الصبغ المناعي.
- القيمة التشغيلية: يضمن التعقيم من خلال الشطف بالإيثانول والتعامل داخل كابينة السلامة الحيوية، مما يدعم سير العمل قبل السريري القابل للتكرار.
تكامل سير العمل والمسارات التحليلية
تتكامل هذه الطريقة مع سير عمل الاكتشاف المبكر من خلال تمكين التجميع المعقم والقابل للعكس للأجهزة الموائعية الدقيقة لاستزراع الخلايا العصبية، مما يدعم الانتقال من مرحلة التحقق من الهدف إلى الفرز الوظيفي.
- بيولوجيا الاكتشاف: تدعم اختبار الفرضيات المتعلقة بالتوجيه المحوري والترابط التشابكي في بيئات دقيقة محصورة.
- الفحص: تتيح توصيلاً قابلاً للتكرار للمركبات وتبديلاً للأوساط في المقايسات القائمة على الخلايا العصبية على الرغم من بطء التدفق الشعيري.
- التحليلات: تعطي قراءات كمية عن النمو العصبي والاستجابة للكواشف تحت ظروف مائعية محكومة.
- الأبحاث الانتقالية: تربط المزارع العصبية في مرحلة الاكتشاف بالتحقق اللاحق من خلال إزالة الجهاز لإجراء التصبيغ المناعي أو التصوير.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: تضع بروتوكول ربط عكسي قابل للتطبيق عبر تصميمات مائعية دقيقة متعددة باستخدام واجهات PDMS والزجاج.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: يقلل من الغموض الميكانيكي في المزارع العصبونية من خلال توفير بيئات مائعة محكومة دون حدوث تغييرات سطحية ناتجة عن البلازما.
- القيمة التشغيلية: يلغي الاعتماد على أجهزة تنظيف البلازما، مما يقلل تكاليف المعدات ويزيد من إمكانية الوصول إليها في مختلف المواقع المختبرية.
- القيمة الاستراتيجية: يحسن كفاءة رأس المال من خلال تمكين الاستخدام العكسي للأجهزة وتقليل نفايات المستهلكات في سير عمل الموائع الدقيقة.
- تأثير المحفظة: يدعم التقدم المعدل حسب المخاطر من خلال توليد بيانات مزارع عصبونية قابلة للتكرار لاتخاذ قرارات المضي قدماً أو التوقف في عملية التحقق من الأهداف.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب استخدام تقنية التعقيم والوصول إلى كابينة السلامة البيولوجية لأغراض التعقيم والمناولة.
- يعتمد على عملية السونيكيشن (المعالجة بالموجات فوق الصوتية) الصحيحة وطلاء الشرائح الزجاجية بـ PLL لضمان فعالية الترابط العكوس.
- يستلزم تعقيم أجهزة PDMS مسبقاً عن طريق الشطف بالإيثانول، حيث أن الترابط غير المعتمد على البلازما لا يوفر التعقيم.
- يتطلب مراعاة بطء دخول السوائل بسبب الأسطح الكارهة للماء، مما قد يستدعي إدخال الأوساط المساعدة باستخدام الماصة.
- يقتصر على التطبيقات التي يكون فيها الختم المحكم والمقاوم للماء ولكن العكوس كافياً؛ ولا يصلح لاحتياجات الترابط غير المنفذ طويلة الأمد أو تحت الضغط العالي.
