Name: 微机电:锻造生物学家和工程师之间新的合作 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-11-01T00:54:37.000+00:00
Duration: 7 min 26 s
Description: 探索微流控技术在神经科学与干细胞研究中的应用，利用集成电路微型化方法开发新型生物医学装置。该技术可实现精确控制细胞环境，提高实验可重复性，为生物医学工程领域带来重要突破。

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作者无任何利益冲突需要披露。

生物微机电系统：促进生物学家与工程师之间的新型合作

BioMEMS: Forging New Collaborations Between Biologists and Engineers

本视频介绍了用于培养中枢神经系统（CNS）神经元的微流控装置的制备与使用方法。该装置适用于活细胞光学显微镜观察（微分干涉相差显微镜DIC和相差显微镜），以及共聚焦显微镜和双光子显微镜成像。该方法采用精密模压聚合物部件，构建具有流体隔离功能的微型多区室细胞培养系统。区室由微小通道构成，其尺寸足够支持在高度可控的流体微环境中培养神经元。神经元可在该装置内培养2至3周，之后可进行固定和免疫细胞化学染色。通过施加微小的静水压差，可实现轴突区室与胞体区室之间的流体隔离；该特性可用于在每次更换培养基后，将可溶性刺激因子局限作用于某一区室长达20小时。流体隔离还使得纯轴突组分的收集及后续PCR等生化分析成为可能。该微流控装置为神经科学研究提供了高度可调的实验平台，有望应用于中枢神经系统损伤和神经退行性病变的建模研究。

微流控装置，神经元培养，中枢神经系统，流体隔离，活细胞成像，免疫细胞化学，轴突，微流控芯片，神经退行性疾病，神经损伤

本视频介绍了用于培养中枢神经系统（CNS）神经元的微流控装置的制备与使用方法。该装置适用于……

我叫Newly John，来自加州大学欧文分校生物医学工程系。我的研究工作涉及为神经科学和干细胞研究开发新型生物医学设备及微流控装置。生物与微流控是一门相对较新的学科，过去大约五到十年间发展起来，它大量借鉴了集成电路产业所发展出的技术与专业知识。因此，我们正在利用为集成电路开发的微型化方法和技术来制造具有微小通道和储液腔的微型装置，并将其应用于细胞生物学研究。传统上，大多数生物学实验都是在培养皿尺度上进行的。对于细胞而言，当观察一个直径约为10微米的细胞时，实际上是一个小细胞浸没在大量液体中。利用微流控装置，我们可以精确控制细胞周围的环境，对细胞间通讯以及细胞可溶性因子的影响进行比在培养皿中进行大尺度实验更为精细的调控。因此，微流控技术的新进展在控制性和可重复性方面较传统方法具有显著优势。我们利用微流控装置进行细胞迁移研究的工作，涉及开发新型装置，以在细胞上维持稳定的可溶性因子梯度，从而研究细胞对不同生长因子或趋化因子的响应。这需要对流体流动进行精确控制，以作用于一群或单个细胞，这种控制在大多数生物过程中至关重要且具有基础性作用，例如形态发生、癌症转移以及免疫细胞反应。与用于生成梯度的微流控装置类似，用于培养神经元特别是共培养神经元的装置是微流控领域的新进展。利用这些装置，我们能够分离并纯化轴突组分，同时获得高度极化的结构。与传统的凹槽和小室等方法相比，后者有时难以避免泄漏及其他实验难题，而微流控装置总体上可提供更可重复的实验结果，同时还能提供适用于高分辨率显微镜观察的光学兼容平台。该装置正被用于开展实验，以研究轴突运输的发生机制。通过使用这种新型的微流控神经元培养装置，我们遍布全国的众多合作者正在研究多种神经退行性疾病模型，例如阿尔茨海默病、帕金森病以及肌萎缩侧索硬化症（ALS）。我非常幸运地在加州大学欧文分校的神经科学与病理学系拥有一批优秀的合作研究人员。我与 Car Kaman Stewart、Ed Monki 以及 Lisa Flanagan 的实验室保持着密切的合作关系。我们的合作包括定期会面，以了解生物学家所面临的各种问题。通过这些定期会议，我们发现，尽管已有常规工具可用，但在许多应用领域中，我们作为生物医学工程师仍能在推动和深化生物医学研究方面发挥重要作用。例如，过去五年中，我们与Monki博士和Flanagan博士实验室的合作就取得了丰硕成果。首先，我们的学生可以学习如何与团队合作，以及如何与不同科学领域的研究人员协同工作。同时，我们有幸能够解决干细胞生物学中的一些问题。例如，在微流控装置中培养和诱导干细胞分化，为研究干细胞在BMP等形态发生素梯度环境中的行为提供了全新的视角。我认为，随着越来越多的工程师对生物医学研究产生兴趣，这类合作将成为未来科学的重要组成部分。与此同时，神经科学及其他生物科学领域对具备新功能的新型工具的需求不断增长，我预计将会出现大量富有成果的合作，真正推动生物医学研究领域的发展。此外，我认为微流控与微生物组学领域正处于一个令人振奋的发展阶段。每天都有大量新的应用正在被开发。我预计，五年后将有更多生物学家在日常研究、常规实验、细胞迁移或其他特殊用途中使用这类设备。由于这些设备相较于传统的基于培养皿的培养方法具有诸多优势，我认为开发新型应用的潜力是无限的。我坚信，与生物学家的紧密合作将催生出新型设备，这些设备将在未来生物医学研究的进步中发挥重要作用。

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微机电:锻造生物学家和工程师之间新的合作

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生物微机电系统与细胞生物学：展望与应用

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肌萎缩侧索硬化症——运动神经元病：发病机制与新疗法的开发

探索微流控技术在神经科学与干细胞研究中的应用，利用集成电路微型化方法开发新型生物医学装置。该技术可实现精确控制细胞环境，提高实验可重复性，为生物医学工程领域带来重要突破。

生物微机电系统：促进生物学家与工程师之间的新型合作

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