La aplicación de microfluídica para Electrofisiología

Me llamo 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 consiste en aplicar microtecnologías a aplicaciones biomédicas, utilizando específicamente dispositivos microfluídicos.

Hoy vamos a mostrarles uno de nuestros proyectos, que consiste en el uso de un dispositivo microfluídico que se adapta a una cámara de perfusión estándar para cortes cerebrales, con el fin de proporcionar una estimulación espaciotemporal de un corte cerebral. Actualmente, en las preparaciones de cortes para electrofisiología, las principales aplicaciones de neurotransmisores a un corte son bien globales, aplicadas sobre todo el corte cerebral, estimulando así todo el corte cerebral al mismo tiempo, o bien mediante el uso de una micropipeta para aplicar pulsos de neurotransmisores en diferentes momentos.

El corte cerebral es una estructura muy compleja, y cuando se aplican neurotransmisores de forma global o se utiliza una micropipeta, no es posible reproducir los patrones de estimulación in vivo. En cambio, con nuestra plataforma, podemos controlar la estimulación hacia regiones muy específicas a través del corte cerebral y lograr una estimulación más similar a la in vivo. Así, los sistemas de perfusión actuales se muestran aquí, donde se acoplan a una lámina de vidrio cubreobjetos estándar.

Y estos permiten que el medio sea perfundido a través de toda la sección. Sin embargo, no se puede controlar espacialmente la resolución del neurotransmisor con el que estimula su dispositivo. Por ello, desarrollamos un dispositivo microflic que se acopla a esta cámara de perfusión estándar.

Por lo tanto, se pueden utilizar todos los ensayos estándar de electrofisiología. Y la única característica diferente es que, en lugar de un fondo de vidrio cubierto con una cubeta de vidrio, este dispositivo consta de un sistema A-P-D-M-S que tiene varios orificios pasantes conectados a canales microfluídicos, los cuales a su vez se conectan con aberturas en la cámara de perfusión superior, permitiéndonos estimular neurotransmisores a través de estos orificios, por medio de los canales, saliendo por los vías y entrando en el fragmento de tejido cerebral. Utilizamos una técnica denominada bombeo pasivo para entregar los fluidos.

Por lo tanto, no necesitamos ningún tubo complejo saliendo de este dispositivo, ya que la electrofisiología ya es un procedimiento muy complejo. Al simplificar el diseño del dispositivo y utilizar 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 consiste en estos orificios pasantes que conectan esos canales con el pocillo. De este modo, esta fabricación se realiza mediante pasos estándar de microfabricación U de dos capas, en los que se incluyen marcas de alineación que aseguran que estos vías estén posicionados exactamente en el centro de estos cuatro canales. Este dispositivo está diseñado para acoplarse a la cámara de perfusión estándar, por lo que se pueden utilizar todos los mismos ensayos de electrofisiología.

Así podemos colocar esto en un sistema de electrofisiología, introducir nuestro objetivo, proporcionar estimulación local a través de nuestros canales microfluídicos y evitar complicar innecesariamente el montaje experimental más de lo necesario. Al mantener el diseño del dispositivo lo más sencillo posible, podemos difundir esta plataforma mucho más fácilmente. Nuestra estructura actual tiene estas cuatro V en el centro de nuestros canales microfluídicos, pero estas pueden adaptarse a las necesidades de diferentes laboratorios según la región del cerebro que estén estudiando.

Así, una región podría estudiar el hipocampo y otra podría estudiar la corteza externa. De este modo, podríamos estimular esas regiones según cómo diseñemos este dispositivo microfluídico. Y dado que el dispositivo no requiere componentes externos para funcionar, todo lo que se necesita es una micropipeta para pipetear sobre estas aberturas utilizando la técnica de bombeo pasivo.

No hay ningún equipo adicional más allá de este sustrato inferior que el laboratorio estándar de electrofisiología necesite adquirir para utilizar este dispositivo. Hasta este punto del proyecto, nos hemos estado enfocando en lograr que los canales microfluídicos se acoplen a las cámaras de perfusión estándar. Y ahora, la siguiente parte del proyecto consiste en probar realmente este dispositivo en investigaciones basadas en hipótesis utilizando estas preparaciones de cortes.

Y así hemos demostrado que, mediante el uso de un colorante fluorescente, podemos estimular espacialmente diferentes regiones inyectando estos análogos fluorescentes en los canales. Y el siguiente paso consiste en realizar experimentos biológicos reales. Por lo tanto, el campo de la microfluídica se encuentra en un punto de transición.

Estamos dejando atrás las demostraciones novedosas de principio de concepto y realmente utilizamos estos dispositivos para descubrir cosas nuevas y emocionantes que antes eran imposibles de realizar. Por lo tanto, el campo está pasando de técnicas en las que hemos empleado principios disponibles a escala microscópica, como difusión rápida, flujo laminar y altas relaciones superficie-volumen, y la integración de procesos. Y ahora vamos a utilizarlos y aplicarlos para resolver necesidades insatisfechas en el laboratorio y en la clínica.