Name: تقنية ميكروفلويديك للتحقيق التشوه خلية (فيديو) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-09-03T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 47 s
Description: اكتشف تقنية الميكروفلويديك لقياس تشوه الخلايا باستخدام أجهزة PDMS وتحليل الصور الآلي. تتيح هذه الطريقة فحص قابلية تشوه أنواع مختلفة من الخلايا بكفاءة عالية.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

فإن الكتاب أود أن نعترف لويد اونغ لإدخال بناء في الإصدارات الأولى من هذه التقنية، والدكتور جيريمي Agresti لغطاء الضغط نصائح التصميم، والدكتور دونغبينغ تشى لمساعدته في افتعال غطاء الضغط. نحن ممتنون للمختبرات M. Teitell وP. Gunaratne لتوفير مجموعة متنوعة من العينات خلية للاختبار. نحن ممتنون لمؤسسة العلوم الوطنية (التوظيف جائزة DBI-1254185)، ومركز جونسون الشامل للسرطان في جامعة كاليفورنيا، وجامعة كاليفورنيا ومعهد العلوم السريرية بالحركة لدعم هذا العمل.

<ol><li>Doerschuk, C. M., Beyers, N., Coxson, H. O., Wiggs, B., Hogg, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+neutrophil+and+capillary+diameters+and+their+relation+to+neutrophil+sequestration+in+the+lung%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+applied+physiology%22%5BJournal%5D)">Comparison of neutrophil and capillary diameters and their relation to neutrophil sequestration in the lung.</a> Journal of applied physiology. 74 (6), 3040-3045 (1993).</li>
<li>Fidler, I. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+pathogenesis+of+cancer+metastasis%3A+the+%60seed+and+soil%E2%80%99+hypothesis+revisited%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Cancer%22%5BJournal%5D)">The pathogenesis of cancer metastasis: the `seed and soil’ hypothesis revisited.</a> Nature Reviews Cancer. 3, 453-458 (2003).</li>
<li>Jowhar, D., Wright, G., Samson, P. C., Wikswo, J. P., Janetopoulos, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Open+access+microfluidic+device+for+the+study+of+cell+migration+during+chemotaxis%5BTitle%5D)+AND+%22Integrative+biology%3A+quantitative+biosciences+from+nano+to+macro%22%5BJournal%5D)">Open access microfluidic device for the study of cell migration during chemotaxis.</a> Integrative biology: quantitative biosciences from nano to macro. 2 (11-12), 648-658 (2010).</li>
<li>Hou, H. W., Li, Q. S., Lee, G. Y. H., Kumar, A. P., Ong, C. N., Lim, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deformability+study+of+breast+cancer+cells+using+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+microdevices%22%5BJournal%5D)">Deformability study of breast cancer cells using microfluidics.</a> Biomedical microdevices. 11 (3), 557-564 (2009).</li>
<li>Byun, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterizing+deformability+and+surface+friction+of+cancer+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Characterizing deformability and surface friction of cancer cells.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (19), 7580-7585 (2013).</li>
<li>Rosenbluth, M. J., Lam, W. A., Fletcher, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analyzing+cell+mechanics+in+hematologic+diseases+with+microfluidic+biophysical+flow+cytometry%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Analyzing cell mechanics in hematologic diseases with microfluidic biophysical flow cytometry.</a> Lab on a chip. 8 (7), 1062-1070 (2008).</li>
<li>Chen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Classification+of+cell+types+using+a+microfluidic+device+for+mechanical+and+electrical+measurement+on+single+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Classification of cell types using a microfluidic device for mechanical and electrical measurement on single cells.</a> Lab on a Chip. 11 (18), 3174(2011).</li>
<li>Zheng, Y., Shojaei-Baghini, E., Azad, A., Wang, C., Sun, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+biophysical+measurement+of+human+red+blood+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">High-throughput biophysical measurement of human red blood cells.</a> Lab on a Chip. 12 (14), 2560(2012).</li>
<li>Zheng, Y., Nguyen, J., Wang, C., Sun, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+measurement+of+red+blood+cell+deformability+on+a+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Electrical measurement of red blood cell deformability on a microfluidic device.</a> Lab on a Chip. 13 (16), 3275(2013).</li>
<li>Hogg, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neutrophil+kinetics+and+lung+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+applied+physiology%22%5BJournal%5D)">Neutrophil kinetics and lung injury.</a> Journal of applied physiology. 67 (4), 1249-1295 (1987).</li>
<li>Hochmuth, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micropipette+aspiration+of+living+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+biomechanics%22%5BJournal%5D)">Micropipette aspiration of living cells.</a> Journal of biomechanics. 33 (1), 15-22 (2000).</li>
<li>Yap, B., Kamm, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cytoskeletal+remodeling+and+cellular+activation+during+deformation+of+neutrophils+into+narrow+channels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+applied+physiology%22%5BJournal%5D)">Cytoskeletal remodeling and cellular activation during deformation of neutrophils into narrow channels.</a> Journal of applied physiology. 99 (6), 2323-2330 (2005).</li>
<li>Bow, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+microfabricated+deformability-based+flow+cytometer+with+application+to+malaria%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">A microfabricated deformability-based flow cytometer with application to malaria.</a> Lab on a Chip. 11 (6), 1065-1073 (2011).</li>
<li>Qi, D., Hoelzle, D. J., Rowat, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+single+cells+using+flow+in+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22The+European+Physical+Journal+Special+Topics%22%5BJournal%5D)">Probing single cells using flow in microfluidic devices.</a> The European Physical Journal Special Topics. 204 (1), 85-101 (2012).</li>
<li>Doll, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SU-8+force+sensing+pillar+arrays+for+biological+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">SU-8 force sensing pillar arrays for biological measurements.</a> Lab on a Chip. 9, 1449-1454 (2009).</li>
<li>Huntington, M. D., Odom, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Portable%2C+Benchtop+Photolithography+System+Based+on+a+Solid-State+Light+Source%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">A Portable, Benchtop Photolithography System Based on a Solid-State Light Source.</a> Small. 7 (22), 3144-3147 (2011).</li>
<li>Grimes, A., Breslauer, D. N., Long, M., Pegan, J., Lee, L. P., Khine, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shrinky-Dink+microfluidics%3A+rapid+generation+of+deep+and+rounded+patterns%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+chip%22%5BJournal%5D)">Shrinky-Dink microfluidics: rapid generation of deep and rounded patterns.</a> Lab on a chip. 8 (1), 170-172 (2008).</li>
<li>Rowat, A. C., Weitz, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chips+%26+Tips%3A+see+where+to+punch+holes+easily+in+a+PDMS+microfluidic+device%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Chips & Tips: see where to punch holes easily in a PDMS microfluidic device.</a> Lab on a Chip. 8, 1888-1895 (2008).</li>
<li>Meyer, P., Kleinschnitz, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retinoic+Acid+Induced+Differentiation+and+Commitment+in+HL-60+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Health+Perspectives%22%5BJournal%5D)">Retinoic Acid Induced Differentiation and Commitment in HL-60 cells.</a> Environmental Health Perspectives. 88, 179-182 (1990).</li>
<li>Olins, A., Herrmann, H., Lichter, P., Olins, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retinoic+Acid+Differentiation+of+HL-60+Cells+Promotes+Cytoskeletal+Polarization%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Cell+Research%22%5BJournal%5D)">Retinoic Acid Differentiation of HL-60 Cells Promotes Cytoskeletal Polarization.</a> Experimental Cell Research. 254 (1), 130-142 (2000).</li>
<li>Rosenbluth, M. J., Lam, W. A., Fletcher, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Force+Microscopy+of+Nonadherent+Cells%3A+A+Comparison+of+Leukemia+Cell+Deformability+%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+Journal%22%5BJournal%5D)">Force Microscopy of Nonadherent Cells: A Comparison of Leukemia Cell Deformability .</a> Biophysical Journal. 90 (8), 2994-3003 (2006).</li>
<li>Tsai, M., Waugh, R., Keng, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+HL-60+cell+deformability+during+differentiation+induced+by+DMSO%5BTitle%5D)+AND+%22Biorheology%22%5BJournal%5D)">Changes in HL-60 cell deformability during differentiation induced by DMSO.</a> Biorheology. 33 (1), 1-15 (1996).</li>
<li>Rowat, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nuclear+Envelope+Composition+Determines+the+Ability+of+Neutrophil-type+Cells+to+Passage+through+Micron-scale+Constrictions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biological+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Nuclear Envelope Composition Determines the Ability of Neutrophil-type Cells to Passage through Micron-scale Constrictions.</a> Journal of Biological Chemistry. 288 (12), 8610-8618 (2013).</li>
<li>Lam, W. A., Rosenbluth, M. J., Fletcher, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemotherapy+exposure+increases+leukemia+cell+stiffness%5BTitle%5D)+AND+%22Blood%22%5BJournal%5D)">Chemotherapy exposure increases leukemia cell stiffness.</a> Blood. 109 (8), 3505-3508 (2007).</li>
<li>Bhattacharya, S., Datta, A., Berg, J. M., Gangopadhyay, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Studies+on+surface+wettability+of+poly%28dimethyl%29+siloxane+%28PDMS%29+and+glass+under+oxgen-plasma+treatment+and+correlation+with+bond+strength%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Microelectromechanical+Systems%22%5BJournal%5D)">Studies on surface wettability of poly(dimethyl) siloxane (PDMS) and glass under oxgen-plasma treatment and correlation with bond strength.</a> Journal of Microelectromechanical Systems. 14 (3), 590-597 (2005).</li>
<li>Wu, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simple+poly%28dimethylsiloxane%29+surface+modification+to+control+cell+adhesion%5BTitle%5D)+AND+%22Surface+and+Interface+Analysis%22%5BJournal%5D)">Simple poly(dimethylsiloxane) surface modification to control cell adhesion.</a> Surface and Interface Analysis. 41 (1), 11-16 (2009).</li>
<li>Unger, M. A., Chou, H. P., Thorsen, T., Scherer, A., Quake, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monolithic+Microfabricated+Valves+and+Pumps+by+Multilayer+Soft+Lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Monolithic Microfabricated Valves and Pumps by Multilayer Soft Lithography.</a> Science. 288 (5463), 113-116 (2000).</li>
</ol>

الكتاب ليس لديهم تضارب المصالح في الكشف عنها.

<html> نحن هنا توفير إجراء تجريبي شامل لتحليل تشوه الخلايا تمر عبر قنوات ميكروفلويديك مقيدة باستخدام تدفق ضغط يحركها. وهناك سيناريو MATLAB يمكن معالجة البيانات الآلي (المواد التكميلية). يتم الاحتفاظ نسخة محدثة من قانون ( <a href="www.ibp.ucla.edu/research/rowat" target="_blank">www.ibp.ucla.edu/research/rowat</a> ). على نطاق أوسع، والتقنيات المعروضة هنا يمكن تكييفها في العديد من المقايسات خلية مقرها ميكروفلويديك، بما في ذلك أثر هيكل الخلية وكلاء تشنج 24،23 النووي وكذلك م...

التغييرات في شكل الخلية هي الحاسمة في السياقات البيولوجية عديدة. على سبيل المثال، كريات الدم الحمراء وكريات الدم البيضاء تشوه من خلال الشعيرات الدموية التي تكون أصغر من قطر الخاصة بهم 1. في ورم خبيث، يجب أن تشوه الخلايا السرطانية من خلال الثغرات الضيقة الخلالي وكذلك الأوعية الدموية متعرج والشبكات اللمفاوية البذور في مواقع الثانوية 2. للتحقيق في السلوك المادي للخلايا فردية، وأجهزة ميكروفلويديك تمثل منصة مثالية التي يمكن تخصيصها لدراسة مجموعة من السلوكيات الخلية بما في ذلك قدرتهم على الهجرة من خلال الثغرات الضيقة 3 وتشوه بشكل سلبي من خلال التشنج ميكرون النطاق 3- 9. Polydimethylsiloxane (PDMS) أجهزة ميكروفلويديك شفافة بصريا، مما التشوهات الخلية المراد تصور باستخدام المجهر الضوئي وتحليلها باستخدام أدوات معالجة الصور الأساسية. وعلاوة على ذلك، صفائف التشنج يمكن تعريفها بدقة، مما يتيح تحليل خلايا متعددة في وقت واحد معالإنتاجية التي تتجاوز العديد من التقنيات القائمة 10،11. هنا نقدم بروتوكول تجريبي مفصل لبحث التشوه الخلية باستخدام جهاز ميكروفلويديك في &quot;خلية Deformer&quot; PDMS. الجهاز مصمم بحيث خلايا المرور عبر التشنج متتابعة. هذه الهندسة هو شائع في سياقات الفسيولوجية، مثل الشعيرات الرئوية سرير 12. لقياس التشوه خلية، وقت العبور يوفر متري مريحة أن تقاس بسهولة والوقت اللازم للخلية الفردية لعبور خلال 4،6 انقباض واحد. للحفاظ على انخفاض الضغط المستمر عبر قنوات ضيقة أثناء العبور خلية، ونحن نستخدم تدفق ضغط يحركها. ويتضمن بروتوكول لدينا تعليمات مفصلة عن تصميم الجهاز وتصنيع وتشغيل الجهاز عن طريق ضغط يحركها تدفق وإعداد وتصوير من الخلايا، وكذلك معالجة الصور لقياس الوقت للخلايا لتشويه من خلال سلسلة من التشنج. ندرجكلا التصاميم جهاز ورمز معالجة البيانات كملفات رؤية تكميلية. على عينة تمثيلية من البيانات، وتبين لنا خلية العبور مرة من خلال سلسلة من التشنج بوصفها وظيفة من عدد من التشنج passaged. تحليل الجدول الزمني للخلايا لعبور الرغم من التشنج الضيقة للجهاز ميكروفلويديك يمكن أن تكشف عن الاختلافات في التشوه مجموعة متنوعة من أنواع الخلايا 4،5،13. الجهاز أثبت هنا يستكشف فريد عبور الخلية من خلال سلسلة من التشنج ميكرون الحجم؛ هذا التصميم يحاكي مسار متعرج تلك التجربة الخلايا في الدورة الدموية وتمكن أيضا سبر الخصائص الفيزيائية إضافية من الخلايا مثل وقت الاسترخاء.

<table><tbody><tr><td>بلورونيك F-127 بلوك البوليمر الخافض للتوتر السطحي&nbsp;</td><td>فيشر العلمية&nbsp;</td><td>8409400</td><td>من إنتاج BASF ، متوفر أيضا من خلال قاعدة Sigma</td></tr><tr><td>PDMS والرابط المتشابك</td><td>Essex Brownell</td><td>DC-184-1.1</td><td>المنتج المعروف باسم Sylgard 184</td></tr><tr><td>وحدة تفريغ البلازما للأكسجين</td> المطاط الصناعي <td>Enercon</td><td>Dyne-A-Mite 3D Treater</td><td></td></tr><tr><td>Biopsy Punch ، Harris Uni-Core (0.75 مم)</td> <td>Ted Pella، Inc.</td><td>15072</td><td></td></tr><tr><td>حلقة محكمة الإصبع ، 1/32 بوصة</td> <td>Upchurch Scientific</td><td>UP-F-113</td><td></td></tr><tr><td>Fingertight III Fitting ، 10-32</td><td>Upchurch Scientific</td><td>UP-F-300X</td><td></td></tr><tr><td>Polyetheretherketone (PEEK) ، القطر الخارجي = 1/32 بوصة أو 0.79 مم</td><td>أنابيب البولي إيثيلين Valco</td><td>TPK.515-25M</td><td></td></tr><tr><td>(PE-20) ، 0.043 بوصة أو 1.09 مم</td><td>Becton Dickinson</td><td>427406</td><td></td></tr><tr><td>منظم الضغط</td><td>Airgas أو</td> أنابيب البولي يوريثين Praxair <td></td><td></td></tr><tr><td>، 5/32 " OD</td><td>McMaster Carr</td><td>5648K284</td><td></td></tr><tr><td>تركيبات الدفع للتوصيل McMaster</td><td>Carr</td><td>5111K91</td><td></td></tr><tr><td>الجهد إلى الضغط (E / P) محول كهروهوائي</td><td>أوميغا</td><td>IP413-020</td><td></td></tr><tr><td>16 بت ، 250 كيلو ثانية / ثانية ، 80 مدخلات تناظرية متعددة الوظائف DAQ</td><td>الوطنية للأدوات</td><td>NI PCI 6225-779295-01</td><td></td></tr><tr><td>موصل تناظري كتلة المسمار</td><td>الطرفية الأدوات الوطنية</td><td>SCB-68-776844-01</td><td></td></tr><tr><td>برنامج تصميم نظام LabView</td><td>الأدوات</td><td></td><td></td>الوطنية</tr><tr><td>برنامج MATLAB</td><td>The MathWorks، Inc.</td><td>يتطلب كود</td> <td>MATLAB R2012a</td></tr><tr><td>الكابلات المحمية</td><td></td> لمعالجة الصور <td>SHC68-68</td><td></td></tr></tbody></table>

تقنية ميكروفلويديك للتحقيق التشوه خلية

A Microfluidic Technique to Probe Cell Deformability

نحن هنا التفاصيل تصميم وتصنيع واستخدام جهاز ميكروفلويديك لتقييم التشوه من عدد كبير من الخلايا الفردية بطريقة فعالة. عادة، يمكن الحصول على البيانات الخاصة ب ~ 10 2 الخلايا داخل تجربة 1 ساعة. يتيح برنامج تحليل الصور آليا بعد تحليل التجربة كفاءة من بيانات الصورة، مما يتيح تجهيز أن يكتمل في غضون ساعات قليلة. هندسة الجهاز لدينا هي فريدة من نوعها في أن الخلايا يجب أن تشوه من خلال سلسلة من التشنج ميكرون النطاق، وبالتالي تمكين تشوه الأولي وتعتمد على الوقت للاسترخاء من الخلايا الفردية أن يعاير. ويتجلى مدى انطباق هذا الأسلوب لاللوكيميا البشري (HL-60) الخلايا. القيادة الخلايا لتشوه من خلال التشنج ميكرون النطاق باستخدام تدفق ضغط يحركها، نلاحظ أن البرولمفوسيت البشري (HL-60) خلايا تسد حظات انقباض الأول لفترة وسيطة من 9.3 ميللي ثانية قبل الركض بسرعة أكبر من خلال انقباض لاحقالأيونات مع الوقت عبور المتوسط ​​من 4.0 ميللي ثانية في انقباض. على النقيض من ذلك، جميع العابر حمض الريتينويك المعالجة (العدلات من نوع) HL-60 خلايا تسد انقباض الأول فقط 4.3 مللي ثانية قبل الركض من خلال التشنج اللاحقة مع الوقت عبور المتوسط ​​من 3.3 ميللي ثانية. هذه الطريقة يمكن توفير نظرة ثاقبة لطبيعة اللزجة من الخلايا، وتكشف في النهاية أصول الجزيئية من هذا السلوك.

للتحقيق في أنواع مختلفة من التشوه الخلايا، وخلايا سرطان الدم النخاعي الإنسان (HL-60)، خلايا العدلات متباينة، والخلايا اللمفاوية الماوس، والمبيض خطوط الخلايا السرطانية البشرية (OVCAR8، HEYA8) يتم تقييمها باستخدام تقنية على &quot;خلية Deformer&quot; ميكروفلويديك. نتائج ممثلة للمرة عبور HL-60 خلايا HL-60 والعدلات من نوع تظهر الزمني للخلية واحدة إلى المرور عبر سلسلة من التشنج، كما هو مبين في الشكل 6. يقاس وقت العبور للسكان من الخلايا الفردية في كل انقباض 7 ميكرون في س...

علينا أن نبرهن على أساس مقايسة على microfluidics لقياس الزمني للخلايا لعبور سلسلة من التشنج ميكرون النطاق.

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an ...

الهدف العام من التجربة التالية هو استقصاء قابلية التشوه لأنواع مختلفة من الخلايا باستخدام مقايسة بسيطة تعتمد على الموائع الدقيقة. ويتم تحقيق ذلك عن طريق تصنيع جهاز للموائع الدقيقة من مادة بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS) لسبر المقياس الزمني لمرور الخلايا عبر سلسلة من التضيقات بمقياس الميكرون؛ ثم يُستخدم التدفق المدفوع بالضغط لدفع الخلايا عبر قنوات الموائع الدقيقة، مما يسمح بمقايسة تشوه الخلايا الفردية واسترخائها المعتمد على الوقت. بعد ذلك، يتم تشغيل برنامج تحليل الصور الآلي لمعالجة مقاطع الفيديو والحصول على مدرج تكراري لبيانات وقت المرور.تظهر النتائج أن أنواع الخلايا المختلفة تظهر تباينات في قدرة الخلايا على التشوه بناءً على زمن انتقالها عبر سلسلة من التضييقات. وتكمن الميزة الرئيسية لهذه التقنية مقارنةً بالتقنيات الحالية، مثل مجهر القوة الذرية أو شفط الماصات الدقيقة، في أن أجهزة الموائع الدقيقة يمكنها العمل بنجاح بسعات إنتاجية عالية. كما يمكن استخدام أجهزة موائع دقيقة أخرى لتقييم قدرة الخلايا على التشوه.نصمم جهازنا بحيث تمر الخلايا عبر تضييقات متتالية، وهي هندسة شائعة في السياقات الفسيولوجية مثل الشبكة الشعيرية الرئوية. للبدء، قم بتصميم الجهاز الموائع الدقيقة من خلال اختيار عرض قنوات مصفوفة التضييق ليكون ما يقرب من 30 إلى 50% من متوسط قطر الخلية، وأن يكون ارتفاع القناة 50% على الأقل من قطر الخلية. قم بتضمين مرشح عند منافذ الدخول لإزالة الحطام وتفكيك التجمعات الخلوية.قبل البدء في التجربة، قم بتصنيع القالب الرئيسي للجهاز باستخدام التقنيات القياسية للتشغيل الدقيق الليثوغرافي. تحقق من ارتفاع سمات النمط باستخدام مقياس ملامح السطح (profilometer). بعد ذلك، قم بتجهيز مصدر الهواء للتدفق المدفوع بالضغط باستخدام خزان هواء مضغوط وسلسلة من منظمات الهواء والوصلات.قم أولاً بتجهيز خزان إمداد بالهواء ومنظم يدوي. بعد ذلك، قم بتجهيز منظم ضغط يتم التحكم فيه إلكترونياً على خط واحد مع المنظم اليدوي. استخدم الكود البسيط المكتوب في LabVIEW لإدخال الضغط المطلوب.يستخدم المحول الكهرونيوماتيكي حلقة تغذية راجعة داخلية لضبط ضغط مخرج الصمام ليتوافق مع الضغط المحدد عبر الجهاز الموائع دقيق القنوات. قم بإعداد غرفة مضغوطة لدفع تدفق معلق الخلايا عن طريق تجميع غرفة معلق الخلايا من أنبوب قياس التدفق الخلوي القياسي وغطاء مُصنّع آلياً يشكل سداداً محكماً ضد الضغط على الأنبوب. يحتوي غطاء غرفة الضغط على فتحتين، مدخل يتصل بخزان الهواء المضغوط ومخرج تتدفق من خلاله الخلايا من الغرفة المضغوطة إلى الجهاز.بعد ذلك، قم بتجهيز مجهر مقلوب مزود بكاميرا بمعدل التقاط لا يقل عن 100 إطار في الثانية. ولالتقاط صور للخلايا التي تتدفق عبر مصفوفة التضييق، قم بتحضير محلول خافض للتوتر السطحي مركّز في محلول ملحي منظم بالفوسفات أو PBS، حيث أن إضافة كمية صغيرة من المادة الخافضة للتوتر السطحي إلى محلول الوسط الخلوي ستساعد في تقليل التصاق الخلايا بجدران PDMS. ولتصنيع كتلة PDMS ذات القنوات الموائع مجهرية، أضف جرام واحد من عامل المعالجة إلى 10 جرام من قاعدة PDMS وامزجهما جيداً.صُب المزيج فوق الجهاز. قم بإزالة الغازات باستخدام جهاز Degas في وعاء جرس مع تطبيق تفريغ هوائي حتى تختفي الفقاعات المحبوسة، أو لمدة تتراوح من 10 إلى 20 دقيقة تقريبًا. بعد هذه المدة، قد تظل هناك فقاعات عند الواجهة بين الهواء و PDMS، وهو أمر طبيعي.عادةً ما تتلاشى هذه الفقاعات أثناء عملية الخَبز. بعد ذلك، يتم خَبز جهاز Degas عند درجة حرارة 65 °C لمدة أربع ساعات بعد أن يبرد الجهاز. ثم تُزال الأجهزة الموائعية الدقيقة من القالب الرئيسي.ابدأ برفع أحد أركان الجهاز برفق. إن التقشير البطيء واللطيف، بدلاً من رفع كتلة PDMS للأعلى مباشرة، يقلل من الإجهاد الواقع على كل من PDMS والقالب الرئيسي. قم بقص الأجهزة الموائعية الدقيقة المنفردة من كتلة PDMS باستخدام شفرة حلاقة ثم افصل الجهاز عن القالب الرئيسي. اثقب ثقوباً في جهاز PDMS لإنشاء منافذ توصيل تسمح بالوصول بين الأنابيب والقنوات الدقيقة. قم بعمل الثقوب من جهة القناة وصولاً إلى الجانب الخارجي للجهاز باستخدام خرامة الخزعات.اشطف جهاز PDMS باستخدام الإيزوبروبانول لإزالة الغبار وقطع PDMS العالقة. تأكد من خلو الثقوب المثقوبة من الشوائب عن طريق توجيه تيار ثابت من الإيزوبروبانول النقي من زجاجة ضغط عبر الثقوب. جفف الجهاز بالنفخ باستخدام هواء مفلتر.نظف الركيزة الزجاجية عن طريق الشطف بالميثانول. ثم جففها باستخدام الهواء المفلتر وضعها على لوح تسخين بدرجة حرارة 200 درجة Celsius لمدة تتراوح من خمس إلى 10 دقائق للتأكد من أن الزجاج نظيف وجاف تماماً قبل المعالجة بالبلازما. وكما هو مفصل في البروتوكول النصي، افحص جهاز الموائع الدقيقة تحت المجهر.تأكد من أن القنوات ليست منهارة أو مكسورة، ومن أن كلاً من فتحتي المدخل والمخرج تتصلان مباشرة بقنوات الجهاز باستخدام عدسة شيئية ذات قوة تكبير منخفضة. ضع معلق الخلايا في أنبوب مقياس التدفق الخلوي وقم بتوصيله بغطاء الضغط قبل توصيل الأنابيب بالجهاز الموائع الدقيقة، ثم اضبط الضغط على حوالي 14 إلى 21 kilopascals وقم بالدفق حتى يخرج معلق الخلايا من طرف الأنبوب. بعد ذلك، ضع الجهاز على سطح مستوٍ لإدخال الأنبوب في مدخل الجهاز.نظراً لأن الغطاء الزجاجي الملتصق بالجانب السفلي من جهاز PDMS يتسم بالهشاشة، أدخل طرف الأنبوب الذي يحتوي على معلق الخلايا في مدخل الجهاز. بعد ذلك، أدخل قطعة من الأنابيب في منفذ الخروج ووجهها نحو أنبوب فارغ لجمع النفايات، مثل أنبوب Falcon فارغ مثبت بشريط لاصق على جانب منصة المجهر.ارفع الضغط تدريجياً حتى يصل إلى حوالي 28 kilopascals أو حتى تتدفق الخلايا عبر القنوات. ضع الجهاز بحيث تكون قنوات متعددة في مجال الرؤية وبشكل عمودي على الجزء السفلي من الشاشة. لبدء تحليل البيانات، افتح ملف m الخاص بالبرنامج الرئيسي وقم بتشغيل البرنامج.اختر الفيديو الأول المراد تحليله من نافذة Windows Explorer التي تظهر. حدد معدل الإطارات للفيديو المختار ثم اضغط enter. سيظهر شكل يطلب من المستخدم تحديد نافذة قص مستطيلة.بالنسبة للفيديو الأول، حدد نافذة تشمل جميع القنوات من اليسار إلى اليمين وتتقاطع مع القنوات فوق البصلة الأولى من مصفوفة القنوات مباشرةً. ومن ثم، حدد مناطق التضييق من الصورة المقصوصة في الأعلى والأسفل. وتعرض الخوارزمية تقسيم الخلايا لأول 50 إطاراً من كل فيديو.راقب الصورة العلوية اليسرى بدقة لتحديد ما إذا كانت الخوارزمية تحدد مواقع الخلايا بدقة. يتم تراكب صورة معالجة على الفيديو المصدر. ولإظهار مواقع الخلايا المحددة، اختر الفيديو التالي المراد معالجته من نافذة Windows Explorer.ستتكرر الخوارزمية. لكل فيديو يتم اختياره، اختر إلغاء. بمجرد إضافة جميع الفيديوهات المطلوبة عبر نافذة مستكشف ويندوز (Windows Explorer) لإبلاغ الدالة بأن قائمة الفيديوهات قد اكتملت، تظهر النتائج التمثيلية لوقت العبور لخلايا HL 60 وخلايا HL 60 من النوع العدلي المقياس الزمني لعبور خلية واحدة عبر سلسلة من التضييقات.يتم قياس الوقت لمجموعة من الخلايا الفردية عند كل تضييق يبلغ 7 µm في سلسلة مكونة من سبعة تضييقات. وعند ضغط دفع قدره 28 kPa، تقوم خلايا HL 60 بسد التضييق الأول مؤقتاً لمدة وسيطة تبلغ 9.3 ms قبل المرور عبر التضييقات اللاحقة. في المقابل، تقوم خلايا HL 60 من النوع العدلي بسد التضييق الأول لمدة 4.3 ms فقط قبل المرور.بمجرد عبور التضيق الأول، تنتقل الخلايا بسرعة أكبر عبر التضيقات المتبقية من الثاني إلى السابع، بمتوسط زمن انتقال قدره 4.0 milliseconds لخلايا HL 60 و3.3 milliseconds للخلايا من نوع العدلات. ومن خلال مقارنة زمن الانتقال بين المجموعات الخلوية، يمكن الكشف عن الاختلافات في قابلية الخلايا للتشكل. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية قياس قابلية التشكل لأنواع الخلايا المختلفة باستخدام مقايسة الموائع الدقيقة البسيطة.يُستخدم هنا التدفق المدفوع بالضغط لدفع الخلايا عبر قنوات مائعية دقيقة، مما يتيح تحليل تشوه واسترخاء الخلايا الفردية.

a-microfluidic-technique-to-probe-cell-deformability

Research

JoVE Journal

Bioengineering

الهندسة الحيوية

وصفنا بروتوكول لتصنيع أجهزة ميكروفلويديك التي تتيح التقاط الخلايا والثقافة. في هذا النهج تستخدم المجهرية منقوشة مثل الأخاديد داخل قنوات ميكروفلويديك لإنشاء مناطق منخفضة إجهاد القص داخل الخلية والتي يمكنها ان ترسو.

جهاز ميكروفلويديك مع أنماط Groove لدراسة السلوك الخليوي

في هذا البروتوكول ، ونحن إثبات تلفيق مجموعة من الوظائف microactuator عموديا على النازحين الذي يستند إليه التكنولوجيا ، وكيف يمكن تعديل هذه التكنولوجيا لإجراء قاعدة إنتاجية عالية خلية ثقافة ديناميكية ميكانيكيا في كل ثقافة ثنائي الابعاد وثلاثي الابعاد نماذج.

Microfabricated المنصات الحيوي للثقافة الخلية ميكانيكيا

نحن هنا وصف طريقة سريعة وبسيطة لقياس صلابة الخلية. المبدأ العام لهذا النهج هو لقياس تشوه الغشاء استجابة لضغوط واضحة المعالم من خلال تطبيق السلبية micropipette إلى سطح الخلية. هذا الأسلوب يوفر أداة قوية لدراسة خصائص النشاط الحيوي للخلايا الركيزة المرفقة.

شفط Micropipette من خلايا الركيزة المرفقة لتقدير تصلب الخليوي

وقد برزت تشوه الميكانيكية السريع للخلايا باعتبارها، طريقة خالية من ناقلات واعدة للتسليم داخل الخلايا والجزيئات النانوية. يوفر هذا البروتوكول خطوات تفصيلية حول كيفية استخدام النظام لمجموعة واسعة من التطبيقات.

الضغط خلية باعتبارها قوية، ميكروفلويديك بين الخلايا توصيل منصة

تم تطوير بروتوكول تصوير جديد باستخدام مشغل ميكانيكي مخصص يعمل بمحرك للسماح بقياس الاستجابات في الوقت الفعلي للإجهاد الميكانيكي في الخلايا الحية. فيما يتعلق بعلم الأحياء الميكانيكي ، يمكن للنظام تطبيق سلالات تصل إلى 20٪ مع السماح بالتصوير في الوقت الفعلي تقريبا باستخدام الفحص المجهري متحد البؤر أو القوة الذرية.

يعيش التصوير خلية خلال الإمتداد الميكانيكية

توفر هذه المقالة طرق مفصلة لتلفيق وتوصيف جهاز microfluidic التشغيل الهوائي لضغط الخلايا الغضروفية.

منصة ميكروفلويديك لتحفيز الخلايا الغضروفية مع الضغط الديناميكي

القوى الميكانيكية مهمة للسيطرة على هجرة الخلايا. يوضح هذا البروتوكول استخدام هيدروجيلات مرنة يمكن تشويهها باستخدام ميكرومازيت زجاجي وميكرومنبولاتور لتحفيز الخلايا ذات التدرج المحلي للتصلب لإحداث تغييرات في بنية الخلايا والهجرة.

فحص Durotaxis خلية واحدة لتقييم السيطرة الميكانيكية للحركة الخلوية والأحداث الإشارات ذات الصلة

يقدم هذا العمل بروتوكولا مرنا لاستخدام تكنولوجيا الأسطح المرنة القابلة للانكماش (FLECS) ذات العلامات الفلورية في شكل ميكروويل من أجل تحديد كمي مبسط وغير مباشر لقوى الانقباض أحادية الخلية استنادا إلى الإزاحة المرئية للأنماط الدقيقة للبروتين الفلوري.

تحليل مبسط وعالي الإنتاجية لانقباض الخلية الواحدة باستخدام اللدائن المطاطية ذات الأنماط الدقيقة

هنا يتم تقديم بروتوكول لبناء نظام سريع وغير مدمر لقياس انضغاط الخلية أو النواة على أساس microdevice المائع الصوتي. تم التحقيق في التغيرات في الخواص الميكانيكية للخلايا السرطانية بعد الانتقال الظهاري الوسيط أو الإشعاع المؤين ، مما يدل على احتمال تطبيق هذه الطريقة في البحث العلمي والممارسة السريرية.

قياس انضغاط الخلية والنواة على أساس المجهر الصوتي

تظهر هنا طريقة للنمط الظاهري للخلايا المفردة ميكانيكيا باستخدام منصة موائع دقيقة قائمة على الإلكترونيات تسمى استشعار العقدة الميكانيكية (mechano-NPS). تحافظ هذه المنصة على إنتاجية معتدلة من 1-10 خلايا / ثانية مع قياس كل من الخصائص الفيزيائية الحيوية المرنة واللزجة للخلايا.

استشعار ميكانو-نود-مسام: منصة سريعة وخالية من الملصقات لقياسات لزجة مرنة أحادية الخلية متعددة المعلمات

يظهر هنا بروتوكول لاختبار التعب الميكانيكي في حالة خلايا الدم الحمراء البشرية باستخدام نهج التشوه الكهربائي المعدل السعة. يمكن استخدام هذا النهج العام لقياس التغيرات المنهجية في الخصائص المورفولوجية والميكانيكية الحيوية للخلايا البيولوجية في تعليق من التشوه الدوري.

تشوه كهربائي معدل السعة لتقييم التعب الميكانيكي للخلايا البيولوجية

اكتشف تقنية الميكروفلويديك لقياس تشوه الخلايا باستخدام أجهزة PDMS وتحليل الصور الآلي. تتيح هذه الطريقة فحص قابلية تشوه أنواع مختلفة من الخلايا بكفاءة عالية.

تقنية ميكروفلويديك للتحقيق التشوه خلية

استكشف المزيد من الفيديوهات