نموذج microfluidic لتقليد الحدث الأولي من Neovascularization

الأوعية الدموية الجديدة ، وتوليد الأوعية الدموية الجديدة هي عملية منظمة للغاية في كل من الأحداث العادية والمرضية. لفهم أفضل لعملية الأوعية الدموية الجديدة، من المهم إعادة بناء العملية في البيئة الدقيقة الخلوية الطبيعية في المختبر. لقد قمنا بتطوير رقاقة microfluidic والتحكم التلقائي.

يتم تداولات عالية الكفاءة لتشكيل أنابيب صغيرة التخثر ومحاكاة لاستخدام البروتين لإعادة الرسملة إلى الحدث الأولي من الأوعية الدموية الجديدة. وتألفت رقاقة المنبت microfluidic من ثلاث قنوات. تم فصل قناة ثقافة الخلايا البطانية وقناة سائلة بواسطة قناة هيدروجيل مركزية واسعة.

وتألف نظام التحكم microfluidic من مضخة microsyringe وصمام قرصة الكهرومغناطيسية. رقاقة فخ فقاعة، رقاقة تنبت microfluidic، مضخة صغيرة التعمية، وخزان ثقافة متوسطة. مع نظام microfluidic، يمكن تحفيز الخلايا البطانية من خلال ارتفاع الإجهاد القص مضيئة، والمستوى الفسيولوجي لتدفق transendothelial ومختلف توزيعات عامل النمو البطانية الوعائية في وقت واحد.

ماصة 20 ميكرولتر من 125 ميكروغرام لكل ملليلتر من فيبروكتين في منفذ واحد حقن وسائل الإعلام من قناة ثقافة الخلية. قطع تلميح ماصة لتناسب منفذ قناة ثقافة الخلية مع مقص. إدراج تلميح ماصة في منفذ حقن الوسائط الأخرى قناة ثقافة الخلية.

ثم، ماصة من الهواء من قناة ثقافة الخلية لملء مع فيبروكتين. احتضان رقائق في 37 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. قبل بذر الخلية، ماصة 20 ميكرولتر من المتوسط الخلية البطانية في كل منفذ حقن وسائل الإعلام واحتضان رقائق في 37 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.

ثم، ماصة من جميع وسائل الإعلام في جميع منافذ حقن وسائل الإعلام. بعد ذلك، ماصة خمسة ميكرولتر من تعليق الخلية في منفذ حقن وسائل الإعلام واحد من قناة ثقافة الخلية. ثم تنتشر الخلايا البطانية بسرعة عبر القناة بأكملها تحت ضغط هيدروستاتيكي تفاضلي.

أضف حوالي أربعة إلى ستة ميكرولتر من وسائط ECM إلى المنفذ الآخر لضبط الضغط الهيدروستاتيكي وإيقاف تحرك الخلية. البعيد رقائق لحاضنة الخلية. ثم، تسليم رقائق كل 30 دقيقة حتى الخلايا البطانية معطف حول السطح الداخلي للقناة ثقافة الخلية، بعد ساعتين.

استخدام تلميح ماصة لإزالة الخلايا المرفقة في منافذ الحقن بعناية فائقة. ثم أدخل أربعة محولات Luerإناث الشائكة في منافذ حقن الوسائط وملء وسائط ECM. قم بإزالة الرقائق إلى حاضنة الخلايا، وغير وسائط ECM ومحولات Luer كل 12 ساعة.

لتجميع نظام التحكم microfluidic، وإعداد اثنين من أنابيب البوليتيترافلوروإيثيلين، واثنين من أنابيب السيليكون قصيرة، وثلاثة أنابيب سيليكون طويلة، واحد محول لوير الإناث الشائكة، موصل نوع Y واحد، ومن ثم ثلاثة موصلات نوع L. ملء الحقنة مع 10 ملليلتر من المتوسط ECM مسخن. قم بتوصيل أنبوب البوليتيترافلوروإيثيلين بالحقنة بواسطة محول لوير أنثى شائكة.

ثم قم بتوصيل الطرف الآخر من أنبوب البوليتيترافلوروإيثيلين بموصل من نوع Y. بعد ذلك، قم بتوصيل أنبوبي سيليكون طويلين بالنهايتين الأخريين من موصل نوع Y. نحن نستخدم أنبوب واحد للاتصال الخزان وأنبوب آخر للاتصال رقاقة فخ فقاعة.

قم بتوصيل أنبوب سيليكون طويل آخر بخزان. بعد ذلك ، استخدم أنبوبين سيليكون قصيرين لربط جميع ثقوب المدخل والمنفذ على الطبقة العليا من رقاقة فخ الفقاعة. ربط أنبوب البوليتيترافلوروإيثيلين إلى الواجهة الخلفية للرقاقة.

بعد ذلك، إصلاح حقنة على مضخة microsyringe. مقطع اثنين من أنابيب السيليكون طويلة في صمام قرصة الكهرومغناطيسية. بعد ذلك ، قم بتبديل صمام الضغط الكهرومغناطيسي لفتح خط الأنابيب بين الحقنة والخزان.

حقن وسائل الإعلام إلى الخزان باستخدام مضخة microsyringe لاستنفاد الهواء في الأنبوب. ثم قم بتبديل الصمام مرة أخرى لفتح خط الأنابيب بين الحقنة ورقاقة فخ الفقاعة. حقن وسائل الإعلام لملء غرفة السائل وأنبوب الخلفية من رقاقة فخ فقاعة.

إخراج رقائق تنبت البطانية من حاضنة الخلية، ثم إزالة محولات لوير على الجانب ثقافة الخلية. إدراج اثنين من المقابس الأنابيب في منافذ حقن هيدروجيل من رقاقة microfluidic تنبت. قم بتوصيل الأنبوب الخلفي لشريحة فخ الفقاعة بمنفذ واحد من قناة ثقافة الخلية.

أدخل موصلا من نوع T إلى المنفذ الآخر ثم قم بتوصيله بأنبوب السيليكون الطويل المتصل بخزان. قص أنبوب السيليكون الطويل في مضخة التجبير الدقيقة. ثم أدخل فلتر هواء إلى الخزان.

بعد ذلك ، قم بتجميع رقاقة المنبت microfluidic إلى حاضنة المرحلة العليا. بعد ذلك ، قم بتوصيل مضخة الفراغ بالثقوب في الطبقة السفلية من رقاقة فخ الفقاعة بواسطة أنبوب TPU. تعيين حجم الدورة الدموية المعاكس ومعدل تدفق في برنامج مخصص الذي يتحكم في مضخة microsyringe وصمام قرصة الكهرومغناطيسية في وقت واحد.

بعد ذلك ، قم بإعداد معدل تدفق المضخة التجبيرية الدقيقة. تشغيل مضخة microsyringe. ثم يتم تأسيس نظام التحكم في الدورة الدموية.

نحن نختبر وظيفة الحاجز لبعض الأوعية الدقيقة في نموذجنا من خلال قياس معامل نفاذية الانتشار من 40 kDa F-I-T-C dextrin. وكما هو مبين في الشكل، فإن معامل نفاذية الانتشار لشريحة الثقافة الثابتة مع بطانة الخلية هو 0.1 زائد أو ناقص 0.3 ميكرومتر في الثانية. ومعامل نفاذية الانتشار من قناة فارغة دون بطانة الخلية هو 5.4 زائد أو ناقص 0.7 ميكرومتر في الثانية الواحدة.

أظهر الفحص المنبت البطاني أن الخلايا البطانية انتشرت في الهيدروجيل المركزي إلى حد كبير بعد 24 ساعة من الاستزراع الثابت ، في حين انخفضت درجة النبت بشكل كبير مع زيادة إجهاد القص الإنارة. من الناحية الكمية ، انخفض إجهاد القص الإنارة الظهارية بشكل كبير من حيث مساحة النبت ، ومتوسط طول النبت ، وأطول طول تنبت. مع نظامنا ، يمكن تغيير إجهاد القص على الخلايا البطانية اختياريا في أي وقت أثناء التجربة بينما بقي التدفق عبر الظهارة على المستوى الفسيولوجي.

هذا النموذج في المختبر 3D المحاكاة الحيوية يمكن تطبيقها مباشرة على دراسة آلية neovasularization، ويحمل الوعد المحتمل كمنصة منخفضة التكلفة لفحص الأدوية وتطبيقات السموم.