Mikrofluidisches Gerät zur Trennung von nicht-metastasierten (MCF-7) und nicht-tumoralen (MCF-10A) Brustkrebszellen mittels AC-Dielektrophorese

Zusammenfassung

Brustkrebszellen zeigen unterschiedliche dielektrische Eigenschaften im Vergleich zu Nicht-Tumor-Brustepithelzellen. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass aufgrund dieses Unterschieds in den dielektrischen Eigenschaften die beiden Populationen für Immuntherapiezwecke getrennt werden können. Um dies zu unterstützen, modellieren wir ein mikrofluidisches Gerät zur Sortierung von MCF-7- und MCF-10A-Zellen.

Zusammenfassung

Dielektrophoretische Geräte sind in der Lage, Krebszellen markierungsfrei, kostengünstig, robust und genau nach dem Prinzip der Polarisation der Krebszellen im Probenvolumen durch Anlegen eines externen elektrischen Feldes zu detektieren und zu manipulieren. Dieser Artikel zeigt, wie eine mikrofluidische Plattform für die kontinuierliche Hochdurchsatzsortierung von nicht-metastasierten Brustkrebszellen (MCF-7) und Nicht-Tumor-Brustepithelzellen (MCF-10A) unter Verwendung hydrodynamischer Dielektrophorese (HDEP) aus der Zellmischung verwendet werden kann. Durch die Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen zwei Elektroden, die nebeneinander mit einem mikrometergroßen Spalt zwischen ihnen in einem mikrofluidischen HDEP-Chip angeordnet sind, können Nicht-Tumor-Brustepithelzellen (MCF-10A) weggedrückt werden, die im Hauptkanal eine negative DEP aufweisen, während die nicht-metastasierten Brustkrebszellen ihrem Verlauf unbeeinflusst folgen, wenn sie im Zellmedium suspendiert sind, da die Leitfähigkeit höher ist als die Membranleitfähigkeit. Um dieses Konzept zu demonstrieren, wurden Simulationen für verschiedene Werte der Medienleitfähigkeit durchgeführt und die Sortierung von Zellen untersucht. Eine parametrische Studie wurde durchgeführt, und eine geeignete Zellmischungsleitfähigkeit wurde mit 0,4 S / m gefunden. Durch Festhalten der Medienleitfähigkeit wurde eine adäquate Wechselstromfrequenz von 0,8 MHz hergestellt, die durch Variation der elektrischen Feldfrequenz eine maximale Sortiereffizienz ergibt. Unter Verwendung des demonstrierten Verfahrens kann nach Auswahl des geeigneten Zellmischsuspensionsmediums Leitfähigkeit und Frequenz des angelegten AC eine maximale Sortiereffizienz erreicht werden.

Einleitung

Ein bösartiger Tumor, der sich in und um das Brustgewebe entwickelt, ist eine häufige Ursache für Brustkrebs bei Frauen weltweit und verursacht ein kritisches Gesundheitsproblem¹. Brusttumoren vor Metastasen können durch eine Operation behandelt werden, wenn sie in einem frühen Stadium erkannt werden, aber wenn sie ignoriert werden, können sie schwerwiegende Auswirkungen auf das Leben des Patienten haben, indem sie sich auf Lunge, Gehirn und Knochen ausbreiten. Die Behandlungen, die in späteren Stadien angeboten werden, wie Bestrahlung und chemische Therapien, haben schwere Nebenwirkungen². Neuere Studien haben berichtet....

Protokoll

HINWEIS: Das Protokoll hier verwendet COMSOL, eine Multiphysik-Simulationssoftware, um die kontrollierte Sortierung von nicht-metastasierten Brustkrebszellen (MCF-7) und Nicht-Tumor-Brustepithelzellen (MCF-10A) mittels AC-Dielektrophorese zu simulieren.

1. Chipdesign und Parameterauswahl

1. Öffnen Sie die Multiphysik-Software und wählen Sie Leeres Modell. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die globalen Definitionen und wählen Sie Parameter. Importieren Sie die in Tabelle 1 angegebenen Parameter als Textdatei in globale Definitionen oder geben ....

Ergebnisse

Untersuchung der optimalen operativen Parameter für eine effektive DEP-basierte Sortierung von nicht-metastasierten Brustkrebs- (MCF-7) und nicht-tumoralen Brustepithelzellen (MCF-10A)
Um eine erfolgreiche Trennung von nicht-metastasierendem Brustkrebs (MCF-7) und nicht-tumoralem Brustepithel (MCF-10A) Zellen mit divergenten dielektrischen Eigenschaften während der Dielektrophorese zu erreichen, sollten ihre K-Faktoren unterschieden werden, indem die angewandte Frequenz^{fest 37,38}

Diskussion

Mikrofluidische Geräte wurden zuvor für Zellkultur, Fangen und Sortieren berichtet 47,52,53. Die Herstellung dieser Geräte im Reinraum ist ein teurer Prozess, und es ist unerlässlich, die Leistung und Effizienz eines vorgeschlagenen mikrofluidischen Geräts durch CFD-Simulationen zu quantifizieren. Diese Studie präsentiert das Design und die Simulationen eines AC-dielektrophoretischen mikrofluidischen Geräts zur kontinuierlichen .......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
COMSOL	COMSOL		Multiphysik-Simulationssoftware