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biomems: schmieden neue kooperationen zwischen biologen und ingenieuren

Dieses Video beschreibt die Herstellung und Verwendung eines mikrofluidischen Vorrichtung zur Kultur des zentralen Nervensystems (ZNS) Neuronen. Dieses Gerät ist kompatibel mit Live-cell optische Mikroskopie (DIC und Phasenkontrast), sowie konfokale und Zwei-Photonen-Mikroskopie Ansätze. Diese Methode verwendet Präzisions-Spritzguss-Polymer Teile Miniatur Multi-Kompartiment-Zellkultur mit fluidischen Trennung zu schaffen. Die Abteile sind von winzigen Kanälen mit Abmessungen, groß genug, um Kultur Neuronen in gut kontrollierten fluidische Mikroumgebungen gemacht werden. Neuronen können für 2-3 Wochen im Gerät kultiviert werden, nach denen sie befestigt werden kann und gefärbt Immunzytochemie. Axonal und Somal Fächer kann beibehalten strömungstechnisch voneinander mit einem kleinen hydrostatischen Druckdifferenz isoliert werden; dieser Funktion können Sie lokalisieren löslichen Beleidigungen zu einem Fach für bis zu 20 h nach jedem Medium ändern. Fluidic Isolation ermöglicht das Speichern von reinem axonalen Fraktion und biochemische Analyse von PCR. Die mikrofluidischen Gerät bietet eine sehr anpassungsfähige Plattform für die neurowissenschaftliche Forschung und können die Anträge bei der Modellierung ZNS-Verletzung und Neurodegeneration zu finden.

BioMEMS: Schmieden Neue Kooperationen zwischen Biologen und Ingenieuren

Dieses Video beschreibt die Herstellung und Verwendung eines mikrofluidischen Bauteils zur Kultivierung von Neuronen des Zentralnervensystems (ZNS). Dieses Bauteil ist kompatibel mit ...

Mein Name ist Newly John und ich arbeite am Department für Biomedizinische Technik der University of California Irvine. Meine Forschung befasst sich mit der Entwicklung neuartiger biomedizinischer Geräte und mikrofluidischer Systeme für die Neurowissenschaft und die Stammzellenforschung. Bio-MEMS und Mikrofluidik sind eine vergleichsweise junge Disziplin, die sich in den letzten etwa fünf bis zehn Jahren entwickelt hat und dabei viele Techniken sowie Fachkenntnisse nutzt, die ursprünglich für die Halbleiterindustrie entwickelt wurden.Was wir also tun, ist, die Miniaturisierungsmethoden und -ansätze, die für integrierte Schaltungen entwickelt wurden, zu nutzen, um kleine Vorrichtungen mit engen Kanälen und Reservoiren herzustellen und diese für Anwendungen in der Zellbiologie einzusetzen. Traditionell wurden die meisten biologischen Experimente im Maßstab einer Petrischale durchgeführt. Für die Zellen bedeutet dies, dass, wenn man eine Zelle betrachtet, die etwa 10 µm Durchmesser aufweist, im Grunde eine kleine Zelle in einem großen Flüssigkeitsvolumen vorliegt.Mithilfe von mikrofluidischen Vorrichtungen können wir die Umgebung um die Zelle herum kontrollieren. Die Zell-Zell-Kommunikation sowie der Einfluss löslicher Faktoren auf die Zelle lassen sich viel präziser steuern, als dies möglich ist, wenn das Experiment lediglich im größeren Maßstab in einer Petrischale durchgeführt wird. Diese neuen Entwicklungen in der Mikrofluidik versprechen daher eine deutlich bessere Kontrolle und Reproduzierbarkeit im Vergleich zu herkömmlichen Methoden.Unsere Forschung zur Verwendung mikrofluidischer Vorrichtungen für die Untersuchung der Zellmigration beinhaltet die Entwicklung neuer Geräte, die einen stabilen Gradienten löslicher Faktoren über den Zellen aufrechterhalten können, sodass wir untersuchen können, wie die Zellen auf verschiedene Wachstumsfaktoren oder Chemokine reagieren. Dies erfordert eine präzise Steuerung des Fluidflusses über eine Gruppe von Zellen oder einzelne Zellen, was bei den meisten biologischen Prozessen wie der Morphogenese, der Krebsmetastasierung und der Immunzellantwort sehr wichtig und grundlegend ist. Ähnlich wie jene mikrofluidischen Vorrichtungen zur Erzeugung von Gradienten stellen die Vorrichtungen zur Kultivierung von Neuronen und insbesondere von com-Neuronen eine neue Entwicklung in der Mikrofluidik dar.Mit diesen Geräten können wir axonale Fraktionen isolieren und reinigen sowie zudem stark polarisierte Strukturen erhalten. Im Vergleich zu herkömmlichen Assays wie Void- und Kammer-Systemen, bei denen es sehr, manchmal sogar schwierig war, Leckagen und andere experimentelle Probleme zu vermeiden, bieten mikrofluidische Geräte insgesamt reproduzierbarere Ergebnisse und gleichzeitig eine optisch kompatible Plattform, auf der wir hochauflösende Mikroskopie durchführen können.Und dieses Gerät wird verwendet, um Experimente durchzuführen, bei denen untersucht wird, wie der axonale Transport abläuft. Mithilfe dieser neuen mikrofluidischen Neuronenkulturvorrichtung untersuchen viele unserer Kooperationspartner im ganzen Land verschiedene Modelle neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson und ALS. Ich hatte das große Glück, hervorragende Kooperationspartner in der Neurowissenschafts- und Pathologieabteilung hier an der UC Irvine zu haben. Ich arbeite eng mit Car Kaman Stewart, Ed Monki und dem Labor von Lisa Flanagan zusammen.Unsere Zusammenarbeit beinhaltet regelmäßige Treffen, um herauszufinden, vor welchen Problemen die Biologen stehen. In diesen regelmäßigen Besprechungen stellen wir fest, dass, obwohl herkömmliche Werkzeuge verfügbar sind, es noch viele Anwendungsbereiche gibt, in denen wir als biomedizinische Ingenieure eine bedeutende Rolle bei der Verbesserung und dem Verständnis dieser biomedizinischen Forschung spielen können. So war beispielsweise unsere Zusammenarbeit mit dem Labor von Dr. Monki und Dr. Flanagan in den letzten fünf Jahren sehr produktiv.Zunächst können unsere Studierenden lernen, wie man eng mit Gruppen und verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen zusammenarbeitet. Gleichzeitig hatten wir das Glück, Probleme in der Stammzellbiologie angehen zu können. Beispielsweise eröffnete das Kultivieren und Differenzieren von Stammzellen in mikrofluidischen Vorrichtungen eine neue Perspektive darauf, wie sich Stammzellen in einem Morphogen-Gradienten wie BMP verhalten.Und ich denke, dass diese Art der Zusammenarbeit ein wichtiger Bestandteil der zukünftigen Wissenschaft sein wird, da immer mehr Ingenieure sich für die biomedizinische Forschung interessieren. Gleichzeitig, da der Bedarf an neuen Werkzeugen mit neuen Fähigkeiten aus der Neurowissenschaft und anderen Bereichen der Biosciences wächst, erwarte ich, dass es viele fruchtbare Kooperationen geben wird, die die biomedizinische Forschung wirklich voranbringen werden. Außerdem glaube ich, dass der Bereich der Mikrofluidik und Biome in einer aufregenden Phase ist.Es gibt täglich neue Anwendungen, die entwickelt werden. Ich erwarte, dass in fünf Jahren viel mehr Biologen diese Art von Geräten für die tägliche Forschung, für Routineexperimente, für Zellmigration oder andere spezielle Zwecke nutzen werden. Da diese Geräte zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen auf Petrischalen basierenden Kultivierungsmethoden bieten, ist meiner Meinung nach der Vorstellungskraft bei der Entwicklung neuer Anwendungstypen keine Grenze gesetzt.Und ich glaube, dass eine enge Zusammenarbeit mit Biologen zu neuen Gerätetypen führen wird, die eine bedeutende Rolle bei der zukünftigen Weiterentwicklung der biomedizinischen Forschung spielen werden.

BioMEMS: Schmieden Neue Kooperationen zwischen Biologen und Ingenieuren

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