يوليو 21, 2012
يتم تطبيق تدفق غرف ميكروفلويديك محفورا الحجرية التصويرية وملفقة من PDMS لبحث النتائج الفنية المرتبطة ضعف EC والالتهابات. ويتجلى في تجربة الممثلين، وقدرة إجهاد القص الفرق لتعديل الوحيدات التصاق الخلية لتنشيط monolayers EC خلوى.
الهدف من هذا الفيديو هو إظهار مختبر على تقنية رقاقة لتوصيف الحالة الالتهابية للخلايا البطانية. للبدء ، تزرع الخلايا البطانية الأبهرية البشرية لتلتقي على ركيزة زراعة الأنسجة ، ثم يتم إدخالها في جهاز قص لوحة كونان. تتم معالجة الخلايا بالسيتوكين المؤيد للالتهابات ، TNF alpha ، وتتعرض في نفس الوقت لظروف إجهاد القص التفاضلي لمدة أربع ساعات من خلال التحكم الدقيق في دوران المخروط فوق إجهاد قص الركيزة الذي يعدل استجابة التهابية جيدة الخصائص للسيتوكين.
يتضمن ذلك تنظيم جزيئات الالتصاق مثل VCA one و ICAM واحد. يتم نقل الركيزة إلى مرحلة المجهر حيث يتم إغلاق جهاز الموائع الدقيقة A-P-D-M-S بالفراغ مباشرة على الطبقة الأحادية مما يؤدي إلى إنشاء قنوات تدفق. ينشط [مونوسيتيك], [ثب] واحدة خلايا حلقت على ال [هس] مسبقا, حيث هم يربط [إين تو] المستوى من خلية التصاق جزيء تعبير.
يتم تحديد الحالة الالتهابية للبطانة عن طريق تحديد العدد الإجمالي لخلايا THP واحدة التي يتم إيقافها بإحكام. مرحبا ، اسمي هي D Diverse ، وأنا جريج فوستر. وأنا كيث بيلي.
نحن في مختبرات الأساتذة والقس وسيمون في قسم الهندسة الطبية الحيوية بجامعة كاليفورنيا في ديفيس. سنصف اليوم استخدام المختبر على نهج قائم على الرقاقة لفحص الخلل الوظيفي والالتهابات البطانية كميا. توفر هذه الأدوات منصة لنا لإجراء الدراسات المتعلقة بتراكب الإجهاد الأيضي بالعوامل الهيدروديناميكية وتنظيم النمط الظاهري الالتهابي البطاني والقابلية للإصابة بتصلب الشرايين.
لذلك نشير إلى أجهزتنا على أنها غرف تقليد الأوعية الدموية أو غرف الموائع الدقيقة أو vmmc. تسمح لنا هذه الأجهزة بتحديد النتائج الالتهابية في الخلايا البطانية والخلايا الوحيدة في ظل ظروف تحاكي تلك الموجودة في الأوعية الشرائية. يسهل VMMC استخدام كميات صغيرة من الكواشف أو المواد التي قد تكون محدودة العرض.
يمكن أيضا إنشاؤها في عدد من التخطيطات والأشكال الهندسية القابلة للتخصيص ، مما يجعلها مناسبة جدا لمجموعة واسعة من التطبيقات. سنعرض اليوم تجربة تمثيلية باستخدام مختبرنا على نهج الرقاقة. ستتعرض الطبقات الأحادية البطانية البشرية لتنشيط السيتوكين تحت ضغوط قص محددة جيدا.
سنوضح استخدام VMC لتحديد تجنيد الخلايا الأحادية البشرية في الطبقة الأحادية في الوقت الفعلي كقراءة وظيفية للتنشيط البطاني باستخدام ركائز دائرية مخرطة مقاس ثلاث بوصات يتم طحنها من أطباق زراعة الأنسجة مقاس 100 ملم. يتم غسل الركائز التي يبلغ طولها ثلاثة بوصات بالماء المقطر ، ثم تعقيمها عن طريق النقع في 70٪ من الإيثانول. توضع ركائز معقمة في أطباق بتري مقاس 100 ملم وتترك لتجف.
ثم يتم تحضينها بالكولاجين من النوع الأول بتركيز 100 ميكروغرام لكل مليلتر لمدة ساعة واحدة في درجة حرارة الغرفة وغسلها باستخدام PBS. يتم تعليق الخلايا البطانية الأبهرية البشرية أو HA بتركيز 650،000 خلية لكل مليلتر. يتم وضع مليلتر واحد من تعليق الخلية في قطرات على ركيزة مطلية بالكولاجين المجفف وتنتشر في تعليق متساو.
ثمتوضع الركائز الجالسة في حاضنة CO2 37 درجة 5٪ ويسمح لها بالتثبيت على سطح الركيزة. بعد ساعة واحدة تسعة ملليلتر من نمو E GM ، تتم إضافة الوسط ويسمح للخلايا بالنمو إلى طبقات أحادية عند حوالي 90٪ من الطلاقة المشتركة ، تكون الطبقات الأحادية جاهزة للاستخدام في التجارب المطلقة اللاحقة. يتم إنشاء غرف الموائع الدقيقة المضادة للأوعية الدموية عن طريق صب قالب A-P-D-M-S على شكل رئيسي يشتمل على القناة المطلوبة. هندسة.
يتم سكب قاعدة السيليكون في قارب بلاستيكي ، متبوعا بعامل معالجة السيليكون بنسبة 10 إلى واحد بالوزن. ثم يتم خلط جل PDMS جيدا ، مع الحرص على عدم كشط جوانب قارب الطريق ، وبالتالي إدخال رقائق بلاستيكية في الخليط. يتم تنظيف أساتذة مقاومة الضوء بالهكسان وإعدادها لتشكيل VMMC.
ثم يسكب خليط PDMS فوق النموذج الرئيسي ، ثم يوضع في غرفة مفرغة. في الغرفة. يرفع الهواء من خليط PDMS ويرتفع إلى السطح بعد 15 دقيقة.
تتم إزالة القالب من الغرفة ويتم نفخ الهواء برفق على سطح PDMS لتطهير فقاعات الهواء المتبقية من القالب. ثم يتم تغطية القالب ووضعه في فرن 37 درجة لمدة ساعة واحدة حيث يسمح للمتلازمة الشهرية بالعلاج. أخرج جل PDMS المتصلب من الفرن وقم بعمل شقوق دائرية حول الغرفة باستخدام مشرط صغير.
من الأهمية بمكان القيام بذلك تدريجيا لتجنب ملامسة مادة مقاومة الصور لأن ذلك سيؤدي إلى إتلاف القالب الرئيسي. قم باستئصال غرفة الموائع الدقيقة من منافذ مدخل ومخرج ثقب القالب لكل قناة باستخدام إبرة قفل إغراء قياس 19. بالإضافة إلى ذلك ، قم بعمل ثقوب للأنابيب المفرغة بعيدا عن القنوات.
اكتمل الآن التحضير ل VMMC. ماصة السيتوكين المؤيد للالتهابات TNF ألفا إلى ستة ملليلتر من L 15 وسائط لتحقيق تركيز نهائي يبلغ 0.5 نانوغرام لكل ملليلتر. يتم استخدام وسائط L 15 هنا كسائل القص نظرا لقدرتها على التخزين المؤقت لدرجة الحموضة في حالة عدم وجود 5٪ CO2.
ثم يتم سحب الوسائط إلى حقنة معقمة سعة 10 مليلتر ، والتي تستخدم لتحميل جهاز القص. ثم يتم نقل الطبقة الأحادية Confluent إلى جهاز قص الخلايا ، والذي تم تعقيمه بتسوية الإيثانول وتم ضبط ارتفاع الفجوة المخروطية. تتم إزالة الركيزة من طبق بتري ووضعها على كتلة المقياس الزجاجي في المنتصف وإدخالها بعناية في قاع غرفة الإسكان ، بحيث يكون المخروط فوق الخلايا مباشرة.
يتم تأمين الركيزة عن طريق شد مسامير الفولاذ المقاوم للصدأ بالتساوي حول كتلة المقياس. ثم يتم تحميل وسائط القص في الغرفة ، مع الحرص على عدم إدخال أي فقاعات هواء. بعد ذلك ، يتم استخدام جهاز كمبيوتر لإدخال برنامج إجهاد القص المطلوب ويتم تشغيل المحرك المنفصل الصغير.
هنا نستخدم قصا تذبذبيا يساوي صفر زائد أو ناقص خمسة طعام لكل سنتيمتر مربع. بعد أربع ساعات ، يتم إيقاف برنامج القص. تتم إزالة كتلة المقياس ويتم وضع الركيزة بعناية مرة أخرى في طبق بتري.
الخلايا جاهزة الآن لمقايسة التصاق الخلايا الوحيدة. مباشرة بعد القص ، يتم نقل طبقات HA الأحادية إلى محطة المجهر لتجميع VMMC. يتم توصيل VMMC بخرطوم التفريغ وغمره في ماء DI لإزالة أي فقاعات هواء محاصرة داخل القنوات.
مع إيقاف تشغيل صمام التفريغ في البداية ، يتم الضغط على الغرفة بعناية أعلى الطبقة الأحادية ويتم تشغيل صمام التفريغ. من الأهمية بمكان هنا التأكد من عدم احتجاز فقاعات الهواء داخل قنوات الغرفة. الآن ، يتم سحب 80 ميكرولترا من HBSS مع الكالسيوم والمغنيسيوم في خزان مصنوع من قطع طرف إغراء عيار 19 يتم دفع سائل إبرة القفل خارج الطرف عن طريق الضغط بقوة على الجزء العلوي من الخزان ، والذي يتم إدخاله بعد ذلك في منفذ مدخل VMMC.
يتم وضع التجميع بالكامل على مرحلة المجهر ويتم تشغيل كاميرا المجهر وشاشة الفيديو. يتم تحميل حقنة زجاجية سعة 10 مليلتر على مضخة المحقنة. بعد ذلك ، يتم توصيل أنبوب الحقنة بمنفذ مخرج VMMC.
يتم ضبط معدل التدفق للحث على إجهاد هائل يبلغ واحد في السنتيمتر المربع داخل القناة ، ثم يتم تشغيله في وضع إعادة التعبئة بحيث تسحب المحقنة السائل من الخزان عبر القناة. تم تعليق الخلايا التي يحفزها مع [سدف] واحدة بتركيز من 2 مليون خلايا لكل مليلتر. في غضون دقيقتين من تنشيط التدفق ، تتم إضافة 50 ميكرولترا من تعليق الخلية إلى الخزان.
مرة أخرى ، الحرص على عدم إدخال فقاعات الهواء عند التدفق الكامل. يتم التقاط الفيديو بمعدل ثلاثة إطارات في الثانية ويتم تعداد البيانات باستخدام برنامج Image J. تابع. يتم تعريف خلية THP الواحدة على أنها لا تتحرك أكثر من نصف قطر الخلية في 10 ثوان.
نوضح هنا البيانات التي تصور THP التصاق واحد بطبقات أحادية الهكتار محفزة باستخدام TNF alpha ومكيفة إما تحت إجهاد قص جدار مرتفع ثابت يبلغ 15 طعاما لكل سنتيمتر مربع أو إجهاد قص تذبذبي يبلغ صفر زائد أو ناقص خمسة طعام لكل سنتيمتر مربع هكتار طبقات أحادية مكيفة بإجهاد القص التذبذبي أظهر تجنيد خلية واحدة أكبر بثلاثة أضعاف مقارنة بالطبقات الأحادية التي عانت من إجهاد قص عالي. اليوم ، نظهر استخدام تقنيات المختبر القابلة للتخصيص والتي يمكن دمجها لتوفير نظرة ثاقبة مهمة للأحداث الالتهابية المبكرة الكامنة وراء تصلب الشرايين. على وجه التحديد ، نقوم بتحديد النتائج المرتبطة بالخلل البطاني والخلايا المعرضة للمنبهات الالتهابية في ظل ظروف هيدروديناميكية محددة جيدا.
يسمح لنا استخدام VMM CS بفحص آليات محددة تكمن وراء تفاعلات التصاق البطانة والكريات البيض. تتميز هذه الأجهزة أيضا بكونها مرنة وغير مكلفة وتسهل استخدام المواد التي قد تكون محدودة في العرض ، مثل المكونات المشتقة من المصل من البشر. تضمنت دراساتنا التي طبقت هذه الأجهزة فحوصات للالتهاب الناجم عن السيتوكينات والدهون والغضب في الخلايا البطانية.
لقد قمنا أيضا بتطوير فحوصات على رقاقة تفحص آليات الالتصاق في أنواع متعددة من الكريات البيض وكذلك في الدم الكامل. في النهاية ، نتصور أن هذه التكنولوجيا ستؤدي إلى مناهج خارج الجسم الحي لتقييم مخاطر إصابة الفرد بأمراض القلب والأوعية الدموية بوساطة الالتهاب.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
توضح هذه المقالة تقنية مخبر على شريحة لتمييز الحالة الالتهابية للخلايا البطانية (ECs) باستخدام غرف التدفق المجهرية. يبحث الدراسة في كيفية تأثير الضغط القصي التفاضلي على التصاق الخلايا الأحادية لطبقات الخلايا البطانية المفردة المنشطة بالسيتوكينات.
This lab-on-a-chip approach enables quantitative assessment of endothelial inflammatory phenotypes under controlled hemodynamic conditions, addressing a critical gap in early cardiovascular risk stratification. By linking metabolic perturbations to leukocyte adhesion dynamics in a reproducible in vitro system, the method supports mechanistic de-risking of atherogenic pathways and informs target validation strategies in cardiovascular drug discovery. The platform’s ability to model physiologically relevant shear stress and cytokine interactions provides predictive value for evaluating therapeutic candidates targeting endothelial dysfunction.
The method fits within the cardiovascular discovery continuum, supporting hypothesis testing in early target validation, enabling assay development for leukocyte recruitment, and providing quantitative analytics for mechanistic de-risking before preclinical commitment.