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Die Einzelzellanalyse ist für neue biomedizinische Entdeckungen schnell von entscheidender Bedeutung geworden, sei es für Anwendungen wie die Durchflusszytometrie, die Identifizierung verschiedener Zelltypen, die Einzelzellsequenzierung oder die Identifizierung genomischer oder transkriptomischer Variationen zwischen Zellen1. Die Durchführung solcher Zellisolierungen aus Geweben von Interesse erfordert das Zerkleinern von präpariertem Gewebe und das Schieben durch ein feines Zellsieb, um das Bindegewebe aus den gewünschten Zellen herauszufiltern (Abbildung 1A). Die Isolierung adhärenter Zelltypen, wie dendritische Zellen oder Makrophagen, oder Zellen aus besonders faserigen Geweben erfordert zusätzliche mechanische oder enzymatische Trennschritte 2,3,4. Dieser Prozess wird in der Regel manuell durchgeführt, was ihn sehr zeitaufwändig und anfällig für Benutzerschwankungen bei der Beurteilung von Zellausbeuten und Probenviabilität macht. Daher ist es wichtig, anpassbare Optionen für die automatisierte Gewebedissoziation einzuführen. Es wurden zwar einige Versuche unternommen, solche Systeme zu entwickeln, aber die vorhandenen Optionen sind nicht immer leicht zugänglich, insbesondere in akademischen Labors und ressourcenärmeren Umgebungen, was vor allem auf die unerschwingliche Natur dieser Geräte zurückzuführenist 5. Darüber hinaus sind diese Geräte nicht immer an die individuellen Bedürfnisse einer Forschungsgruppe anpassbar6.
Hier wurde ein Gewebedissoziatorgerät entwickelt, um den Verdau ganzer Gewebe oder Gewebestücke in Einzelzellsuspensionen mit Hilfe von Verdauungsenzymen und mechanischem Aufschluss zu automatisieren. Dieses Gerät kann einfach im Labor zusammengebaut, zur Temperaturregulierung in Heiz- oder Kühlkammern platziert, an die erforderliche Anzahl von zu dissoziierenden Geweben angepasst und mit den gewünschten Dissoziationsprotokollen programmiert werden. Der breite Einsatz dieses Geräts könnte die Reproduzierbarkeit von Zellextraktionsprotokollen erheblich verbessern und eine zeitsparende Alternative zur manuellen Dissoziation bieten.
Das Design ermöglicht den gleichzeitigen Aufschluss von bis zu 12 Geweben durch einen automatisierten Prozess. Das Gerät besteht aus 12 einzelnen Motoren, die parallel geschaltet sind und über einen Standard-Wandstecker über einen AC/DC-Adapter mit einstellbarem Spannungsregler zur Steuerung der Rotation/Drehzahl der Motoren mit Strom versorgt werden. Die Motoren drehen eine Sechskantschraube, die genau in die Oberseite der C-Rohre passt. Die C-Rohre werden durch Abwärtsspannung auf einer Acrylplatte gehalten, die auf beiden Seiten an der oberen Platte einrastet, an der die Motoren befestigt sind (Abbildung 1B). Da die Motoren parallel verdrahtet sind, sollte ihre Drehzahl bei einer bestimmten Spannung nicht stark variieren, aber die Last (die Anzahl der am Gerät montierten C-Röhren) beeinflusst die Drehzahl, selbst wenn die Spannung konstant gehalten wird. Zur Messung der Umdrehungen pro Minute (U/min) wurde ein Drehzahlmesser mit einem Hall-Effekt-Sensor und einem festen Magneten auf einer der Motorwellen eingebaut (Ergänzende Abbildung 1). Die CAD-Dateien für den Bau von Motor-Arrays werden in der ergänzenden Codierungsdatei 1 bereitgestellt. Ebenfalls enthalten ist ein programmierbarer Schalter zur Umkehrung der Drehrichtung durch Umkehrung der an die Motoren abgegebenen positiven/negativen Ladungen. Alle diese Funktionen werden mithilfe einer codierten Software (Arduino IDE-Software, siehe Materialtabelle) auf einem Arduino Nano (Supplementary Coding File 2) integriert. Mit angeschlossenen Tasten und einem LCD-Panel (Ergänzende Abbildung 2) ist es möglich, gespeicherte und benutzerdefinierte Protokolle zu erstellen und auszuführen, die Drehrichtung zu bestimmten Zeiten eines Protokolls automatisch umzukehren, die Drehzahl anhand der Spannung anzupassen (Ergänzende Abbildung 3) und die aktuelle Motordrehzahl und die verbleibende Zeit anzuzeigen, um ein programmiertes Protokoll abzuschließen (Ergänzende Abbildung 4).
Für die vorliegende Studie wurden Einzelzellsuspensionen sowohl unter Verwendung mechanisch-enzymatischer Gewebedissoziation mit diesem Gerät als auch manuell-enzymatischer Gewebedissoziation hergestellt, um gegebenenfalls Unterschiede in Zellen zu bestimmen, die für nachgeschaltete Anwendungen gewonnen wurden. Die Zellpräparate wurden auf der Grundlage der Gesamtzellausbeute pro Gewebe und der prozentualen Zellviabilität bewertet. Die Durchflusszytometrie wurde verwendet, um potenzielle Unterschiede in der Oberflächenmarkerexpression zu vergleichen. Die Daten wurden mit Hilfe von Grafik- und statistischer Analysesoftware analysiert. Unpaarige Welch-t-Tests wurden verwendet, um Paare von Proben oder Gruppen zu vergleichen, wobei die Stichprobengrößen n > 4 Mäusen 2 Wiederholungsexperimente darstellten. Detaillierte Anweisungen zur Herstellung und Montage dieses Geräts finden Sie in der Zusatzdatei 1. Die für dieses Protokoll benötigten Materialien sind in der Materialtabelle aufgeführt.