La aplicación de microfluídica para Electrofisiología

Mi nombre es Dave Edington. Soy profesor asistente en el Departamento de Bioingeniería de la Universidad de Illinois en Chicago. Y el área en la que trabajamos principalmente es la aplicación de microtecnologías a aplicaciones biomédicas, concretamente utilizando dispositivos microfluídicos.

Y hoy os vamos a enseñar uno de nuestros proyectos, que consiste en el uso de un dispositivo microfluídico que se adapta a una cámara de perfusión estándar de corte de cerebro para proporcionar estimulación espacial temporal de un corte de cerebro. Por lo tanto, actualmente en las preparaciones de cortes de electrofisiología, las principales aplicaciones de los neurotransmisores a un corte son globales en todo el corte del cerebro. Estamos estimulando todo el trozo de cerebro a la vez, o usando una micropipeta para inhalar neurotransmisores en diferentes puntos de tiempo.

El corte de cerebro es una estructura muy compleja, y cuando se aplican neurotransmisores de forma global o se utiliza una micropipeta, no se pueden reproducir patrones de estimulación in vivo. Mientras que con nuestra plataforma, podemos controlar la estimulación a regiones muy específicas a través del empalme del cerebro y lograr una estimulación más in vivo. Por lo tanto, aquí se muestran los sistemas de perfusión actuales donde se acoplan con un portaobjetos de vidrio de cubierta estándar.

Y estos permiten que los medios se perfundan en toda la porción. Sin embargo, no puedes controlar espacialmente la resolución de ese neurotransmisor con el que funciona tu dispositivo estimulante. Así que desarrollamos un dispositivo micro flic que se acopla con esta cámara de profusión estándar.

Por lo tanto, se pueden utilizar todos los ensayos de electrofisiología estándar. Y la única característica diferente es que en lugar de un fondo de vidrio con cubierta de vidrio, este consiste en un dispositivo A-P-D-M-S que tiene varios orificios pasantes que se conectan a canales microfluídicos, que se conectan a las aberturas en esta cámara de profusión superior que luego podemos estimular los neurotransmisores a través de estos orificios, a través de los canales, fuera de las vías y hacia la rebanada del cerebro. Y utilizamos una técnica llamada bombeo pasivo para suministrar los fluidos.

Por lo tanto, no necesitamos que salgan tubos complejos de este dispositivo porque la electrofisiología ya es un procedimiento muy complejo. Y al simplificar el diseño del dispositivo y utilizar el bombeo pasivo, simplificamos el protocolo experimental de aplicación de este dispositivo microfluídico. La estructura del dispositivo es una red microfluídica de dos capas.

La primera capa son los canales de enrutamiento que se conectan a los puertos de salida, y la segunda capa consta de estos orificios pasantes que conectan estos canales al pozo. Por lo tanto, esta fabricación se realiza utilizando pasos estándar de microfabricación en U de dos capas donde tenemos algunas marcas de alineación que aseguran que estas vías se coloquen directamente en el centro de estos cuatro canales. Por lo tanto, este dispositivo está diseñado para acoplarse a la cámara de profusión estándar, por lo que se pueden utilizar los mismos ensayos de electrofisiología.

Por lo tanto, podemos poner esto en una plataforma de electrofisiología, hacer que nuestro objetivo entre en él, proporcionar estimulación local a través de nuestros canales microfluídicos y no complicar innecesariamente la configuración experimental más allá de lo que necesita. Por lo tanto, al mantener el diseño del dispositivo lo más simple posible, podemos difundir esta plataforma mucho más fácilmente. Por lo tanto, nuestra estructura en este momento, tenemos estas cuatro V en el medio de nuestros canales microfluídicos, pero se pueden adaptar a las diferentes necesidades de los laboratorios dependiendo de la región del cerebro que estén estudiando.

Por lo tanto, una región podría estudiar el hipocampo y la otra podría estudiar la corteza externa. Y así, podríamos estimular esas regiones dependiendo de cómo diseñemos este dispositivo microfluídico. Y debido a que el dispositivo no requiere componentes externos para funcionar, todo lo que necesita es una micropipeta para pipetear en estas aberturas utilizando la técnica de bombeo pasivo.

No hay equipo adicional más allá de este sustrato de fondo que el laboratorio de electrofisiología estándar necesita adquirir para usar este dispositivo. Hasta este punto del proyecto, nos hemos centrado en acoplar los canales microfluídicos a las cámaras de profusión estándar. Y ahora, la siguiente parte del proyecto es probar este dispositivo en una investigación real basada en hipótesis utilizando estas preparaciones de cortes.

Y así hemos demostrado que con el uso de tinte fluorescente, podemos estimular espacialmente diferentes regiones inyectando estos análogos fluorescentes en los canales. Y el siguiente paso es hacer los experimentos biológicos reales. Así que el campo de la microfluídica está llegando a un punto de transición.

Estamos yendo más allá de las nuevas demostraciones de prueba de concepto y realmente estamos utilizando estos dispositivos para descubrir cosas nuevas y emocionantes que antes eran imposibles de hacer. Por lo tanto, el campo se está moviendo desde técnicas en las que hemos utilizado principios disponibles a microescala, como la difusión rápida, el flujo laminar y las grandes relaciones de servicio a volumen y la integración de procesos. Y ahora vamos a usarlos y aplicarlos para resolver necesidades insatisfechas en el laboratorio y en la clínica.