用于组合塞生产的双层微流控装置
2023年12月1日
本文介绍了一种基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的双层装置的制备，用于在油包水乳液（塞子）中生产组合库。该协议中详细介绍了自动化插头生产所需的必要硬件和软件，并且还演示了荧光插头定量库的生产。
我们在肿瘤学系统生物学小组使用结合的计算和实验方法来揭示塑造肿瘤微环境的复杂机制。我们使用基于临床数据和癌症生物学的数学模型来识别影响个体对治疗反应的因素，最终目的是提高肿瘤学的精确度。鉴于肿瘤对治疗反应的异质性和动态性，扰动生物学已显示出克服基因组生物标志物局限性的潜力。
我们的方法涉及对接受肿瘤细胞进行广泛的抗癌药物筛选，以确定肿瘤的表型特性，以确定更有效的抗癌治疗方法。微流体是一项有价值的技术，它通过将少量样本分配到单独的隔室（如液滴或塞子）中来帮助分析少量样本（例如肿瘤活检）。它还允许控制每个塞子的组成，从而创建多个化学上不同的塞子群体。
我们在这里展示了一种完全基于PDMS的设备，其中流体流量由压力驱动的地震阀调节，允许快速、可控和可编程地生产不同的塞子群。此外，由于地震阀也是基于PDMS的，因此它们可以顺利集成到设备制造中。将从癌细胞的肉眼通量组合筛选中获得的数据与数学模型相结合，将使我们能够研究调节肿瘤微环境行为的信号通路。
这项研究将为精准肿瘤学的新策略铺平道路，为个体患者提供个性化治疗的基本原理。
概述
本文介绍了一种基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的双层装置的制备方法，该装置用于在油包水乳液中生成组合文库。本方案详细说明了实现液滴自动生成所需的硬件与软件，并展示了构建定量荧光液滴文库的过程。
关键研究组成部分
科学领域
- 微流控技术
- 组合筛选
- 癌症生物学
背景
- 肿瘤微环境具有复杂性和动态性。
- 精准肿瘤学旨在根据个体反应实现治疗的个性化。
- 微流控技术通过构建不同的区室，实现对微量样本的分析。
- PDMS装置可实现可控的流体流动，从而高效生成液滴。
研究目的
- 开发一种用于产生不同栓塞群体的装置，以用于癌症研究。
- 将实验数据与数学模型相结合，以更深入地理解肿瘤行为。
- 改进精准肿瘤学的治疗策略。
使用的方法
- 制备基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的微流控装置。
- 利用压力驱动的Quake阀进行流体调控。
- 通过软件控制实现液滴的自动化生成。
- 生成荧光液滴的组合文库。
主要结果
- 成功构建了一个定量的液滴库。
- 该装置展示了对流体流动的有效调控能力。
- 概述了数学模型与实验数据的整合方法。
- 讨论了其在精准肿瘤学中的潜在应用。
结论
- 基于PDMS的装置是癌症研究中的重要工具。
- 它有助于生成化学性质不同的液滴群体。
- 该方法可能有助于改进癌症治疗策略。
常见问题
行业重要性概要
利用双层微流控装置进行高通量组合式微栓生产，可实现对有限患者来源样本中药物反应的快速、可编程筛选。该技术解决了在肿瘤学表型筛选和通路分析中生成定量且化学性质不同的反应区室的难题。其与计算建模的整合，可在关键的发现转折点提供预测可信度和机制层面的风险降低支持。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 通过对肿瘤细胞进行系统性扰动，验证治疗假设并阐明信号通路。
- 通过构建多样化的化学环境，支持功能靶点验证过程中的生物学风险评估。
- 借助定量、多重筛选结果，提高靶点选择的可预测性与置信度。
筛选与检测方法开发
- 为下游高通量筛选工作流程制备经过验证的微型化生物系统。
- 提供标准化、可重复的微组织群体，具有可编程的组成和数量。
- 实现可扩展、自动化的检测方法开发，用于可靠的化合物评价和文库扩展。
转化与临床前研究
- 利用患者来源的肿瘤活检组织，将组合筛选与疾病相关系统相结合。
- 通过整合实验与计算数据，实现从发现到临床前验证的转化连续性。
- 通过绘制表型药物反应图谱，为精准肿瘤学策略提供机制层面的风险降低支持。
流程与工作流整合
这种双层微流控平台适用于从早期发现到先导化合物筛选及临床前研究的全过程，尤其适用于专注于肿瘤学的研究流程。
- 发现生物学：通过在纳升级反应腔室中进行可控扰动实验，支持假设验证和通路解析。
- 筛选：提供即用于检测的、可重复的液滴文库，具有定量输出，便于比较分析。
- 分析：提供高通量、定量的测量数据，用于药物反应和通路活性的统计学比较。
- 转化研究：通过在组合筛选中直接使用患者来源样本，连接发现阶段与临床前研究阶段。
- 企业级复用：提供可编程、可扩展的平台，可适应不同治疗领域中的多样化筛选和检测开发需求。
运营与企业影响
- 科学价值：提高靶点和通路验证中的预测可信度，减少机制上的不确定性。
- 操作价值：通过标准化和自动化育苗生产，提升筛选工作流程的可重复性和可扩展性。
- 战略价值：通过生成可靠、多重的数据，提高决策质量与资本使用效率。
- 项目组合影响：基于定量的表型筛选数据，支持经风险调整的候选物优先排序与推进。
实施注意事项
- 需要具备微流控器件制备和压力驱动流体控制方面的专业知识。
- 需要集成可编程硬件、软件和分析基础设施，以实现自动化操作。
- 要求跨团队对插件组成的编码方式和数据管理进行标准化。
- 可适用于多种模型系统，但可能需要针对不同细胞类型或试剂进行优化。
- 每项应用均需验证其工作压力范围和阀门驱动阈值。
