图案的使用生物倒装芯片的胚胎干细胞
October 1st, 2007
我们证明一个简单的方法，放置在基板上的细胞所需的位置。这种方法模式翻转含有一个硅芯片与基板上的细胞充满微孔的细胞。这种方法提供了一种新的方式来调节细胞之间的可传播的juxtacrine信号。
我是镍 Mital。我是 Bowman 实验室的研究生。今天我要谈谈我们实验室的两位前学生开发的设备，它被称为生物倒装芯片。
该设备能够以实验者选择的配置将细胞递送到实验者选择的底物上。所以设备本身，我们这里有一个非常简单。它基本上由一块硅胶中的小孔组成。
每个孔通常设计为仅容纳一个细胞，但如果需要，我们当然可以将它们做得更大。该设备的制造使孔的排列方式与细胞最终在衬底上的排列相同。所以这个装置本身就是用软石照片制作的。
特别是，我们使用 PDMS，即聚二甲基苏博烷，并将其从硅晶片上模制而成。我们这里有一个。因此，模具晶片本身是使用标准光刻技术制造的，以图案化 SUA 光刻胶，然后将其旋转到硅晶片上。
因此，简而言之，细胞基本上是通过用这些细胞填充生物倒装芯片上的孔来转移到所选的底物上。然后，我们将芯片涂在所选的基材上，通常是聚苯乙烯的组织培养物。最后，我们将组合翻转过来，让细胞从孔中掉出来，落到底物上。
我是 Stephanie Flavin。我是 Goldman 实验室的一名本科生研究员，今天我将演示如何在前一天使用生物倒装芯片对细胞进行图案化。我们想做一个图案化实验。
我们将 PDMS 等离子键合到 1 英寸 x 1 英寸的载玻片上。然后我们将芯片浸泡过夜，面朝下，加入 PBS 溶液。我们还将切割用于图案实验的垫圈，并收集要使用的粘合剂夹。
将 200 微升 BSA 涂抹在每个芯片的表面。搅动移液器吸头芯片的表面以排出气泡，并让 BSA 溶液充满孔。让芯片像往常一样在紫外光通道池中在引擎盖下放置一小时。
一小时后，从芯片上吸出 BSA 溶液，用 200 微升 PBS 拧干每个芯片，以 10 的密度将 200 微升传代细胞溶液涂到每密耳 6 个细胞中。等待细胞落入孔中 5 到 10 分钟后，用 PBS 冲洗芯片表面。将芯片以大约 15 度角向一个角倾斜，然后从芯片的底角缓慢吸出细胞溶液。
将芯片放回水平，然后慢慢向上角加入 50 微升 PBS。根据需要多次重复洗涤步骤。从芯片表面清洗 xls 后，向培养皿的内垫圈中加入大约 50 微升的培养基。
将媒体添加到每个色片的顶部。接下来，将盘子倒置，从一角开始倾斜和降低到薯片表面。然后将薯片压平，将培养皿压平到薯片上，以避免在培养皿和薯片之间形成气泡。
在芯片的每一侧添加活页夹以将其固定到位。并从每个活页夹上取下手柄，这样当芯片翻转时，它会水平放置在培养皿上，将芯片移动到培养箱中并快速翻转，避免和避免所有不必要的移动。
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
概述
这项研究提出了一种使用生物翻转芯片这一设备在基底上定位细胞的新方法。通过将装有细胞的微孔硅胶芯片翻转到基底上，研究人员可以有效地控制细胞的位置，从而增强细胞之间的信号调节。
研究的关键组成部分
科学领域
- 细胞生物学
- 神经科学
- 生物工程学
背景
- 细胞定位对于研究细胞相互作用至关重要。
- 当前的方法在细胞位置控制方面可能缺乏精确性。
- 生物翻转芯片提供了一个简单而有效的解决方案。
- 这种技术可以影响可扩散和毗邻细胞信号传导。
研究目的
- 开发一种在基底上可靠的细胞定位方法。
- 增强对细胞信号传导机制的理解。
- 为各个生物学领域的研究人员提供一个工具。
使用的方法
- 生物翻转芯片的设计和制作。
- 在微孔中填充细胞。
- 将芯片翻转到所需的基底上。
- 观察并分析细胞位置和信号传导。
主要结果
- 在目标位置成功定位细胞。
- 改善了细胞信号传导的调节。
- 展示了该设备的易用性。
- 在各种实验设置中的潜在应用。
结论
- 生物翻转芯片是一种创新的细胞定位工具。
- 这种方法可以显著影响细胞信号传导研究。
- 未来的研究可以扩展这一技术以应用于更广泛的领域。
常见问题
Executive Industry Relevance
Precise spatial control of cell populations enables mechanistic interrogation of diffusible and juxtacrine signaling pathways critical for target validation in stem cell-based disease models. The Bio Flip Chip provides a substrate-agnostic, chemistry-preserving method to pattern defined cellular microenvironments, supporting reproducible assay development for phenotypic screening. This approach enhances predictive confidence in early discovery by reducing variability in cell-cell contact and paracrine factor exposure, thereby improving translational continuity from in vitro models to preclinical validation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables hypothesis testing of how localized cell density and spatial arrangement influence stem cell differentiation and self-renewal pathways.
- Operational Value: Eliminates stochastic variability from random seeding, ensuring consistent juxtacrine and paracrine signaling inputs across replicates.
- Predictive Value: Supports mechanistic de-risking by isolating the contribution of contact-dependent versus soluble signaling in target engagement studies.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantifiable, spatially defined cell arrays compatible with high-content imaging and multiplexed readouts.
- Operational Value: Enables standardization of cell-cell interaction assays across tissue-culture polystyrene, glass, Matrigel, and feeder layers without altering substrate chemistry.
- Scalability: Compatible with microcontact printing to create extracellular matrix patterns, allowing combinatorial control of adhesion and signaling cues.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Patterns embryonic stem cells in defined niches to model developmental signaling pathways relevant to congenital disorders and regenerative medicine.
- Preclinical Modeling: Facilitates dose-response analysis of morphogens or therapeutics in spatially controlled microenvironments, improving physiological relevance.
- Risk-Adjusted Advancement: Reduces false positives in lead identification by minimizing noise from uncontrolled cell aggregation or variable contact frequency.
Pipeline & Workflow Integration
The Bio Flip Chip integrates into early discovery workflows by enabling reproducible patterning of stem cells prior to compound exposure, supporting hypothesis-driven screening and mechanistic follow-up in lead optimization.
- Discovery Biology: Tests how defined spatial organization of embryonic stem cells modulates lineage specification and pathway activity.
- Screening: Delivers standardized, reproducible cellular substrates for evaluating compound effects on contact-dependent and diffusible signaling.
- Analytics: Enables quantitative spatial mapping of marker expression, proliferation, and apoptosis as dependent variables in patterned co-cultures.
- Translational Research: Models human developmental signaling cascades in spatially controlled systems to inform preclinical target selection.
- Enterprise Reuse: Functions as a modular patterning platform adaptable to multiple cell types, substrates, and extracellular matrix configurations across projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases target validation confidence by reducing biological noise from uncontrolled cell-cell interactions.
- Operational Value: Ensures assay reproducibility through precise, user-defined cell placement independent of seeding technique variability.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision efficiency by enhancing signal-to-noise ratio in phenotypic screens targeting intercellular communication.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of modulators of juxtacrine pathways (e.g., Notch, Wnt) in stem cell-mediated disease areas.
Implementation Considerations
- Requires expertise in soft lithography and PDMS handling for chip fabrication or procurement.
- Depends on access to plasma bonding equipment and UV/ozone treatment for substrate preparation.
- Necessitates standardized cell preparation and washing protocols to ensure efficient well loading and release.
- Adaptation to 3D matrices or microfluidic systems may require optimization of flip timing and surface energy.
- Practical limitation: Well occupancy must be empirically determined for each cell type and size to avoid multi-cell loading in single-cell-designed wells.
