Los patrones de las células madre embrionarias usando el Flip Chip Bio
October 1st, 2007
Demostramos un método sencillo para colocar las células en los puntos deseados en un substrato. Este método de los patrones de las células al lanzar un chip de silicona que contiene micropocillos llena de células en el sustrato. Este método ofrece una nueva forma de modular la señalización difusibles y juxtacrine entre las células.
Soy Níquel Mital. Soy estudiante de posgrado en el laboratorio de Bowman. Hoy voy a hablar de un dispositivo desarrollado por dos antiguos alumnos de nuestro laboratorio, que se llama bio flip chip.
Y este dispositivo permite la entrega de células en un sustrato de la elección del experimentador en una configuración de la elección del experimentador. Así que el dispositivo en sí, tenemos uno de ellos aquí es muy simple. Básicamente consiste en pequeños pozos en un trozo de silicona.
Por lo general, cada pozo está diseñado para contener una sola celda, pero si es necesario, por supuesto, podemos hacerlos más grandes. La fabricación del dispositivo se realiza de manera que los pocillos estén en la misma disposición en la que las células eventualmente terminarán en el sustrato. Por lo tanto, el dispositivo en sí está hecho con fotografías de litografía suave.
En particular, usamos PDMS, que es polidimetil suboxano, y lo moldeamos a partir de una oblea de silicio. Tenemos uno de ellos aquí. Por lo tanto, la oblea de molde en sí se fabrica utilizando fotolitografía estándar para modelar una fotorresistencia SUA, que se hace girar sobre la oblea de silicona.
Entonces, en pocas palabras, las células se transfieren al sustrato de elección básicamente llenando los pocillos en el bio flip chip con estas células. A continuación, aplicamos el chip al sustrato elegido, a menudo un cultivo de tejidos de poliestireno. Y luego, finalmente, volteamos la combinación permitiendo que las células caigan de los pocillos y caigan sobre el sustrato.
Soy Stephanie Flavin. Soy un investigador de pregrado aquí en el laboratorio de Goldman, y hoy demostraré cómo usar el bio flip chip para modelar células el día anterior. Queremos hacer un experimento de patrones.
Pegaremos con plasma el PDMS a un portaobjetos de vidrio de una pulgada por una pulgada. Y luego remojamos el chip durante la noche, con el boca abajo y una solución PBS. También cortaremos las juntas que se usarán en el experimento de modelado y recogeremos clips de carpeta para usar también.
Aplique 200 microlitros de BSA a la superficie de cada chip. Agite la superficie de la viruta de la punta de la pipeta para eliminar las burbujas y permitir que la solución BSA llene los pocillos. Deje que los chips se asienten debajo del capó durante una hora en las celdas de paso de luz ultravioleta como de costumbre.
Después de una hora, aspire la solución BSA de las virutas y exprima cada viruta con 200 microlitros de PBS, aplique 200 microlitros de solución de celda de paso a una densidad de 10 a las seis celdas por mil. Después de cinco a 10 minutos de esperar a que las celdas caigan en los pocillos, enjuague la superficie del chip con PBS. Incline el chip hacia una esquina en un ángulo de aproximadamente 15 grados y pipetee lentamente la solución celular desde la esquina inferior del chip.
Vuelva a nivelar el chip y agregue lentamente 50 microlitros de PBS en la esquina superior. Repita el paso de lavado tantas veces como sea necesario. Una vez que se hayan lavado los xls de la superficie del chip, agregue aproximadamente 50 microlitros de medio a la junta interna del plato.
Agregue medios en la parte superior de cada chip. A continuación, invierta el plato e inclínelo y baje sobre la superficie del chip, comenzando por una esquina. Y luego aplanar la viruta, aplanando el plato sobre la viruta para evitar la formación de burbujas entre el plato y la viruta.
Agregue clips de carpeta a cada lado del chip para asegurarlo en su lugar. Y retire las manijas de cada clip de encuadernación para que cuando se voltee el chip, se asiente nivelado en el plato, mueva el chip a la incubadora y voltee rápidamente, evitando y evitando todo movimiento innecesario.
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Visión general
Este estudio presenta un método novedoso para posicionar células en un sustrato utilizando un dispositivo llamado bio flip chip. Al voltear un chip de silicona con micropocillos llenos de células sobre el sustrato, los investigadores pueden controlar efectivamente la colocación de las células, mejorando la modulación de la señalización entre células.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Biología celular
- Neurociencia
- Bioingeniería
Antecedentes
- El posicionamiento celular es crucial para estudiar las interacciones celulares.
- Los métodos actuales pueden carecer de precisión en la colocación celular.
- El bio flip chip ofrece una solución simple y efectiva.
- Esta técnica puede influir tanto en la señalización difusible como en la juxtacrina.
Propósito del estudio
- Desarrollar un método confiable para la colocación de células en sustratos.
- Mejorar la comprensión de los mecanismos de señalización celular.
- Proporcionar una herramienta para investigadores en varios campos biológicos.
Métodos utilizados
- Diseño y fabricación del bio flip chip.
- Llenado de micropocillos con células.
- Volteo del chip sobre el sustrato deseado.
- Observación y análisis de la colocación y señalización celular.
Resultados principales
- Colocación exitosa de células en ubicaciones objetivo.
- Mejora en la modulación de la señalización celular.
- Demostración de la facilidad de uso del dispositivo.
- Aplicaciones potenciales en varios montajes experimentales.
Conclusiones
- El bio flip chip es una herramienta innovadora para la colocación celular.
- Este método puede impactar significativamente los estudios de señalización celular.
- La investigación futura puede expandir esta técnica para aplicaciones más amplias.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
Precise spatial control of cell populations enables mechanistic interrogation of diffusible and juxtacrine signaling pathways critical for target validation in stem cell-based disease models. The Bio Flip Chip provides a substrate-agnostic, chemistry-preserving method to pattern defined cellular microenvironments, supporting reproducible assay development for phenotypic screening. This approach enhances predictive confidence in early discovery by reducing variability in cell-cell contact and paracrine factor exposure, thereby improving translational continuity from in vitro models to preclinical validation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables hypothesis testing of how localized cell density and spatial arrangement influence stem cell differentiation and self-renewal pathways.
- Operational Value: Eliminates stochastic variability from random seeding, ensuring consistent juxtacrine and paracrine signaling inputs across replicates.
- Predictive Value: Supports mechanistic de-risking by isolating the contribution of contact-dependent versus soluble signaling in target engagement studies.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantifiable, spatially defined cell arrays compatible with high-content imaging and multiplexed readouts.
- Operational Value: Enables standardization of cell-cell interaction assays across tissue-culture polystyrene, glass, Matrigel, and feeder layers without altering substrate chemistry.
- Scalability: Compatible with microcontact printing to create extracellular matrix patterns, allowing combinatorial control of adhesion and signaling cues.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Patterns embryonic stem cells in defined niches to model developmental signaling pathways relevant to congenital disorders and regenerative medicine.
- Preclinical Modeling: Facilitates dose-response analysis of morphogens or therapeutics in spatially controlled microenvironments, improving physiological relevance.
- Risk-Adjusted Advancement: Reduces false positives in lead identification by minimizing noise from uncontrolled cell aggregation or variable contact frequency.
Pipeline & Workflow Integration
The Bio Flip Chip integrates into early discovery workflows by enabling reproducible patterning of stem cells prior to compound exposure, supporting hypothesis-driven screening and mechanistic follow-up in lead optimization.
- Discovery Biology: Tests how defined spatial organization of embryonic stem cells modulates lineage specification and pathway activity.
- Screening: Delivers standardized, reproducible cellular substrates for evaluating compound effects on contact-dependent and diffusible signaling.
- Analytics: Enables quantitative spatial mapping of marker expression, proliferation, and apoptosis as dependent variables in patterned co-cultures.
- Translational Research: Models human developmental signaling cascades in spatially controlled systems to inform preclinical target selection.
- Enterprise Reuse: Functions as a modular patterning platform adaptable to multiple cell types, substrates, and extracellular matrix configurations across projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases target validation confidence by reducing biological noise from uncontrolled cell-cell interactions.
- Operational Value: Ensures assay reproducibility through precise, user-defined cell placement independent of seeding technique variability.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision efficiency by enhancing signal-to-noise ratio in phenotypic screens targeting intercellular communication.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of modulators of juxtacrine pathways (e.g., Notch, Wnt) in stem cell-mediated disease areas.
Implementation Considerations
- Requires expertise in soft lithography and PDMS handling for chip fabrication or procurement.
- Depends on access to plasma bonding equipment and UV/ozone treatment for substrate preparation.
- Necessitates standardized cell preparation and washing protocols to ensure efficient well loading and release.
- Adaptation to 3D matrices or microfluidic systems may require optimization of flip timing and surface energy.
- Practical limitation: Well occupancy must be empirically determined for each cell type and size to avoid multi-cell loading in single-cell-designed wells.
