نمذجة الاستئصال البطاني السكري بعد استئصال الرئة في رقاقة سائلة ثلاثية الأبعاد - نهج لتصنيع نظام عضو على رقاقة قائم على الأوعية الدموية

يركز مختبر مينساه على أبحاث الأوعية الدموية ويعمل على تطوير تقنيات جديدة للبحث في السكر البطاني ودوره في أمراض الأوعية الدموية. تتضمن التطورات الأخيرة إنشاء نماذج أكثر تقدما في المختبر لأبحاث الجليكوكاليكس والبحث عن استراتيجيات علاجية لاستهداف صحة الجليكوكاليكس البطاني وإصلاحه في الأمراض. تشمل التحديات التجريبية نماذج غير مكتملة في المختبر ، والتي تفشل في تكرار الجليكوكاليكس الصحي بدقة ، بالإضافة إلى تقنيات القياس الكمي والقياس الصعبة.

لقد وسعت مساهمتنا الحالية في هذا المجال الفهم الحالي للجليكوكاليكس البطاني ، لا سيما في دوره في ورم خبيث للسرطان ، وتجديد الجليكوكاليكس التالف ، والتفاعلات مع مستقبلات سطح الأوعية الدموية. تقدم طريقتنا طريقة غير مكلفة وفعالة لإنشاء أنظمة الأوعية الدموية على رقاقة تعبر عن السكر البطاني الأكثر تطورا ومحاكاة حيوية مقارنة بالتقنيات التقليدية. للبدء ، تزن 10 أجزاء من قاعدة المطاط الصناعي من السيليكون في أنبوب طرد مركزي سعة 50 مل.

صب جزء واحد من عامل المعالجة في الأنبوب الذي يحتوي على قاعدة المطاط الصناعي المصنوع من السيليكون إلى الحجم النهائي 30 مل. تخلط جيدا للحصول على محلول موحد. الآن اسكب المحلول الممزوج جيدا في القوالب ، ثم ضع القوالب في غرفة مفرغة لإزالة الغاز من PDMS لمدة 30 إلى 60 دقيقة أو حتى تختفي الفقاعات.

قم بإزالة PDMS الذي تم تفريغه من غرفة التفريغ واتركه يجف في درجة حرارة الغرفة لمدة 48 ساعة. استخرج PDMS المعالج من قالب PLA. ثم ضع قطعتين من الشريط اللاصق على الوجهين في كل لوحة زراعة خلية.

بعد ذلك ، ضع كل نصف وعاء وعائي PDMS أعلى الشريط في طبق زراعة الخلايا الخاص به. ضع عدة قطرات من الفيبرونكتين سعة 30 ميكرولتر على طول الأوعية الدموية PDMS باستخدام ماصة دقيقة. قم بإمالة PDMS حسب الحاجة، واستخدم طرف الماصة لتغطية السطح بالتساوي.

بعد حضانة لمدة 30 دقيقة ، استنشق محلول الفيبرونيكتين من PDMS. ثم اترك القطع تجف في الهواء داخل الخزانة. ضع المقابس المطبوعة ثلاثية الأبعاد في كل طرف من نصفي الأوعية الدموية PDMS لمنع تسرب تعليق الخلية ، باستخدام سدادين لكل قطعة.

باستخدام الماصة الدقيقة ، قم بزرع 300 ميكرولتر من تعليق خلية HLMVEC في كل قطعة PDMS واحتضانها. ثم أعد النصفين إلى الخزانة وقم بإزالة المقابس الأربعة. أضف وسط ثقافة HLMVEC لغمر أنصاف الأوعية الدموية PDMS ، واحتضن مرة أخرى لمدة ست إلى 10 ساعات.

الآن استنشاق وسائط HLMVEC من طبق بتري الذي يحتوي على نصفي الأوعية الدموية. ضع كل نصف PDMS في كتل البولي كربونات ، مما يضمن المحاذاة المناسبة. ضع مانع التسرب السيليكوني على نهايات الأوعية الدموية PDMS.

أدخل أنبوبا بطول بوصة في طرفي قطعة PDMS السفلية. ثم اقلب كتلة الأكريليك العلوية التي تحتوي على نصف PDMS العلوي على كتلة الأكريليك السفلية. قم بربط كتل الأكريليك معا ، مع التأكد من أن الكتلة الملولبة في الأسفل.

قم بتوصيل الأطراف الحرة للأنبوب باستخدام سدادات مطبوعة ثلاثية الأبعاد. قم بإزالة سدادة واحدة ، وقم بحقن 500 ميكرولتر من وسط ثقافة HLMVEC برفق في الأوعية الدموية باستخدام ماصة دقيقة. قم بالإمالة لإزالة فقاعات الهواء، ثم استبدل القابس.

أحضر الرقاقة المجمعة والمكونات المعقمة إلى خزانة السلامة الحيوية. قم بتوصيل جميع الأنابيب وتجميع نظام التدفق ، مما يضمن توصيل أنبوب المدخل بقاع خزان الحقنة لتسهيل تدفق الجاذبية. الآن قم بتجهيز نظام التدفق برفق باستخدام وسيط HLMVEC.

استخدم ماصة مصلية سعة 50 مل. قم بحقن 30 مل من الوسط في الجزء العلوي من خزان المحقنة ، وقم بتشغيل المضخة التمعجية بسرعة منخفضة لملء الأنابيب. اغسل كل نصف وعاء وعائي PDMS في PBS لمدة خمس دقائق ، مع إضافة محلول كاف لغمر قسم الأوعية الدموية بالكامل.

أظهرت محاكاة السوائل إجهاد قص مرتفعا بشكل ملحوظ عند تشعبات الأوعية الدموية في نموذج استئصال الرئة مقارنة بنموذج التحكم. أكد الفحص المجهري Brightfield ارتباط خلية HLMVEC المنتظم في كل من ظروف التدفق والكهرباء الساكنة عند 93.1 ملليلتر في الدقيقة بعد 24 ساعة. أظهر التصوير الفلوري لتشعب المدخل طبقات خلوية سليمة وموزعة جيدا في كل من نماذج التحكم واستئصال الرئة.

كشف التصوير مباشرة بعد التشعب الثاني عن فقدان كبير للخلايا في كل من نماذج التحكم واستئصال الرئة. ظلت الخلايا ملتصقة وأظهرت تلطيخا ثابتا في المنطقة في اتجاه مجرى التشعب الثاني في كلا النموذجين. أشارت النوى الموحدة الملطخة ب DAPI في نماذج الأوعية الدموية إلى الحفاظ على الالتقاء على الرغم من التعرض للتدفق.

أدت تجربة نموذج التحكم المبكرة إلى توزيع غير متساو للخلايا بسبب فقاعات الهواء التي تم إدخالها أثناء تحضير النظام.