June 22nd, 2012
方法文化在整个内部的微血管大小通道(<30微米)的微流体装置的三维表面的内皮细胞单层描述。这在体外微血管模型,使血细胞,内皮细胞,可溶性因子在血液系统疾病之间的生物物理相互作用的研究。
该程序的总体目标是创建涂有内皮细胞的微流体装置。这是通过首先制造微流体模具来实现的。第二步是创建 PDMS 通道。
接下来,将内皮细胞接种到装置中。最后一步是在设备内培养细胞。最终,内皮细胞包被的微流控装置用于显示体外细胞间的相互作用。
与现有方法相比,该技术的主要优点是它为研究人员提供了对生物和生物物理条件的严格控制,并且与荧光显微镜兼容。虽然这种方法可以深入了解血液疾病中的生物物理细胞相互作用,但它也可以应用于白细胞生物学、癌症转移和造血干细胞生物学等现象。一般来说,刚接触这种方法的人会很挣扎,因为必须严格控制条件才能成功就座。
在准备制造时,通过将 Microfluid 设备的计算机辅助设计图像提交给外部掩模供应商来创建照片掩模。收到后,掩模由钠钙玻璃上的铬层组成。这里的微流体通道宽度为 30 微米。
要开始制造微流体设备,请用食人鱼清洁裸露的硅胶晶片 15 分钟,然后用去离子水冲洗 10 秒。然后将硅片浸入氢氟酸中 30 秒,并用去离子水冲洗约 10 秒。接下来,使用自旋 coter 旋转微化学 SU 8 20 25 光刻胶到晶圆上,以每分钟 3000 转的旋转速度达到 30 微米的高度。
将涂有SU 8 20 25 的晶圆放在 95 摄氏度的热板上 5 分钟,以去除多余的溶剂。不建议将烤箱用于此步骤。现在,将光掩模放在晶圆上,并在掩模衬垫中暴露在紫外线下,以交叉交联 SU 8 20 25 光刻胶。
交联后,将晶圆放回 95 摄氏度的热板上再放置 5 分钟。进一步加速 SU 8 20 25 光刻胶的聚合。然后将晶圆浸入主要由 P-G-M-E-A 组成的 SU 8 显影剂中 4 分钟。
这将删除非交联的 SU 8 20 25 照片。抵抗。用 100% 异丙醇冲洗新开发的晶圆 10 秒钟,然后使用加压氮气干燥,或在干净的通风橱中让溶剂从晶圆中蒸发几分钟。现在,将干燥的晶片粘在培养皿的中心,小心地将胶带放在晶片的边缘。
最后,将 500 微升 sigma 涂层移液到晶圆上。用盖子盖住培养皿,然后旋转培养皿以确保晶圆完全涂覆。取下盖子,让晶片干燥几分钟,直到所有溶剂都蒸发掉。
将PDMS 聚合物和固化剂以 10 比 1 的重量比混合后,根据可用真空系统的强度,使用真空干燥机去除气泡数分钟至 1 小时。去除所有气泡后,将混合物倒入培养皿中,使威化饼和培养皿表面被覆盖。创建一张大约 5 毫米厚的 PDMS 片材。
此外,创建一个厚度为 1 毫米的无特征薄 PDMS。然后将混合物在 60 摄氏度的烤箱中固化过夜。第二天,用刀或手术刀切割晶片周围并取出多个 PDMS 微流控器件。
然后切割板材以隔离单个设备。切割比微流体装置略大的 PDMS 片材。现在使用针虎钳 Harris unicorn 或类似设备在微流体设备中创建入口和出口孔。
接下来,使用透明胶带清洁微流体装置和片材的表面。然后使用等离子清洗剂将微流体设备和 PDMS 片材的表面暴露在氧气等离子体中 30 秒。氧等离子体在 PDMS 的暴露表面上产生反应性物质,当物理接触时,这些物质会结合在一起。
接下来,以每毫升 50 微克的剂量填充装有 20 号钝尖针头的 1 毫升注射器。然后,PBS 中人血浆中的纤连蛋白在针头上安装一段管子。将一根较薄的管路插入第一根管路中,以在两根管路之间形成摩擦配合。
然后将较薄的管子的另一端连接到微流体装置的入口。对注射器施加压力,使纤连蛋白溶液完全充满通道,并在外视端口处形成一个 100 微升的小液滴,以确保通道保持湿润。现在,将微流体装置在 37 摄氏度的加湿培养箱中孵育 40 到 60 分钟。
孵育后,将装满 PBS 的新注射器连接到钝尖针头。施加压力以用 PBS 冲洗微流体装置。每毫升制备 500, 000 至 200 万个人脐静脉内皮细胞,或在含有 8% 葡聚糖的内皮生长培养基中。
葡聚糖的添加增加了细胞在微流体装置内成功粘附和培养的可能性。填充物清洁注射器配有钝尖针头和较宽的管路,与细胞悬液相连,并连接约 1 米长的较长管路。确保管路紧密配合以消除任何连接之间的泄漏至关重要。
用细胞溶液灌注管路,确保注射器或任何管路中没有气泡,以优化系统的性能。此时,防止任何泄漏或气泡进入系统至关重要。溶液的任何泄漏或介质中存在的气泡都会阻止内皮细胞的成功就位。
消除所有气泡并用细胞悬液灌注整个管道后,将注射器放在泵上,并将另一端连接到微流体入口。注射泵设置在与微流体装置相同的高度。在培养箱内小心地盘绕较长的管路,以确保细胞和培养基在与设备接触之前得到充分加热。
然后将细胞悬液以每分钟 1.23 微升的体积流速注入微流体装置中,在 37 摄氏度和 5% 二氧化碳下注入两个小时在我们的系统中。每分钟 1.23 微升的体积流速对应于最小通道中每秒 1 毫米的中游速度。这近似于使用全血的这些通道中每平方厘米 1 角硬币的壁剪切应力。
细胞悬液输注完成后,使用相同的注射泵和带有较大注射器的长管,以每分钟 1.23 微升的速度输注新鲜生长培养基 2 至 8 天。当细胞单层处于所需的汇合水平时,将血液或细胞悬液注入系统进行实验。在这里,微流体装置显示在内皮化之前。
微流控装置注入了食用色素,以说明模拟脉管系统生理学的装置的大小、规模和整体设计。明场显微镜揭示了微流体装置的内皮化。该图像是在接种后不到 48 小时内使用所描述的方案获得的,优化的灌注技术允许内皮细胞流畅地培养微流体系统的整个内表面。
细胞接种后 24 至 48 小时内。如该共聚焦图像所示,具有微通道的芯片上的微血管肿瘤近似于大多数镰状细胞微血管阻塞事件部位毛细血管后皮的 30 微米大小。在本实验中,在脱氧条件下,将健康患者的全血注入芯片设备上的微脉管系统中。
这部电影展示了我们内皮微流体系统中的全血流动是规则、顺畅和连续的,没有微通道阻塞区域。在这里,来自镰状细胞病患者的全血被注入芯片设备上的微脉管系统中。在脱氧条件下,可以看到血流的显着变化,多个通道中存在完全闭塞。
在尝试此过程时,请务必记住在更换管路时不要引入气泡。成品设备与荧光显微镜兼容,可适应传统的荧光检测。该技术为实验血液学家在受控的生物物理和血流动力学环境中使用单细胞进行实验铺平了道路。
没有气泡。
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本文描述了一种在具有微血管大小通道的微流控装置中培养内皮细胞单层的方法。这种体外模型有助于研究血液疾病中的血细胞、内皮细胞和可溶因子之间的相互作用。
This endothelialized microfluidic platform addresses a critical gap in hematologic disease research by enabling precise control of microvascular hemodynamic and biophysical conditions. It provides a reproducible in vitro system to study pathogenic cell-endothelial interactions under flow, supporting mechanistic de-risking in target validation and assay development. The model enhances predictive confidence for hematologic therapeutic candidates by replicating post-capillary venule-scale pathophysiology relevant to vaso-occlusive crises.
The method fits within the discovery continuum from target hypothesis screening to preclinical efficacy testing, particularly for hematologic agents targeting microvascular adhesion or endothelial activation.