Ce protocole décrit une méthode de structuration cellulaire à haut débit sans encre, sans marquage, indépendante du substrat, basée sur l’effet Archimède magnétique.
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Article de méthode
Ce protocole décrit une méthode de structuration cellulaire à haut débit sans encre, sans marquage, indépendante du substrat, basée sur l’effet Archimède magnétique.
La structuration cellulaire, qui permet un contrôle précis du positionnement des cellules, présente un avantage unique dans l’étude du comportement cellulaire. Dans ce protocole, une stratégie de structuration cellulaire basée sur l’effet d’Archimède magnétique (Mag-Arch) est introduite. Cette approche permet un contrôle précis de la distribution des cellules sans utiliser d’encre ou de particules de marquage. En introduisant un réactif paramagnétique pour améliorer la susceptibilité magnétique du milieu de culture cellulaire, les cellules sont repoussées par des aimants et s’organisent selon un motif complémentaire aux ensembles d’aimants positionnés sous le substrat microfluidique.
Dans cet article, des procédures détaillées pour la structuration cellulaire à l’aide de la stratégie basée sur Mag-Arch sont fournies. Des méthodes de structuration de types unicellulaires ainsi que de types cellulaires multiples pour des expériences de co-culture sont proposées. De plus, des instructions complètes pour la fabrication de dispositifs microfluidiques contenant des canaux pour la structuration des cellules sont fournies. La réalisation de cette fonctionnalité à l’aide de méthodes parallèles est difficile, mais peut être réalisée de manière simplifiée et rentable. L’utilisation de la structuration cellulaire basée sur Mag-Arch dote les chercheurs d’un outil puissant pour la recherche in vitro .
La structuration cellulaire est en train de devenir une technologie intuitive et puissante pour les études in vitro 1. En manipulant les positions des cellules dans les plaques de culture, il fournit des solutions pour une variété d’expériences, y compris la migration cellulaire2, la co-culture multicellulaire biomimétique3, l’assemblage d’organoïdes4, les études de biomatériaux5, etc. Dans la plupart des situations, une méthode sans encre et sans marquage est préférée pour la structuration cellulaire, car elle offre une facilité d’utilisation et une viabilité cellulaire élevée pour les investigations ultérieures.
L’effet Mag-Arch est un phénomène physique dans lequel les objets diamagnétiques dans les liquides paramagnétiques ont tendance à se déplacer vers des régions avec de faibles champs magnétiques6. Les cellules vivantes sont naturellement diamagnétiques, tandis que les milieux de culture cellulaire peuvent être rendus paramagnétiques en ajoutant des éléments paramagnétiques solubles, tels que le gadopentétate diméglumine (Gd-DTPA), couramment utilisé par voie intraveineuse en imagerie par résonance magnétique nucléaire comme agent de contraste7. Par conséquent, on s’attend à ce que les cellules soient repoussées par le milieu paramagnétique environnant et se déplacent vers des régions où les champs magnétiques sont plus faibles8. Un champ magnétique structuré peut être facilement généré à l’aide d’un ensemble d’aimants en néodyme. Idéalement, les motifs cellulaires sont assemblés en opposition aux motifs magnétiques. Techniquement, il s’agit d’une méthode sans marquage car le seul réactif supplémentaire, le Gd-DTPA, reste dans l’environnement extracellulaire et ne se lie pas aux cellules. Ainsi, les influences potentielles sur la culture cellulaire ultérieure peuvent être facilement évitées en remplaçant le milieu de culture. Par rapport à d’autres méthodes 1,3,9,10, la stratégie basée sur Mag-Arch ne nécessite pas de composants bio-encre ou l’application de particules spécifiques pour marquer positivement les cellules. De plus, il a été démontré qu’il fonctionne sur plusieurs substrats pour l’adhésion cellulaire et qu’il est capable de structurer des cellules à haut débit4.
Cet article présente un protocole détaillé pour la structuration cellulaire à l’aide de la méthode basée sur Mag-Arch, couvrant tout, de la fabrication du dispositif à l’ajustement du motif cellulaire. En plus des modèles que nous avons démontrés, les utilisateurs peuvent facilement créer divers modèles de cellules à l’aide d’aimants et d’une solution Gd-DTPA. De plus, des protocoles pour l’assemblage de modèles de co-culture complexes et la manipulation de cellules dans des puces microfluidiques fermées sont également fournis.
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1. Assemblage des ensembles d’aimants
2. Motif de cellules sur des lames de verre
3. Structuration de co-culture par aimant latéral : fabrication du gabarit mobile
REMARQUE : La procédure suivante est présentée pour tirer parti de la structuration cellulaire basée sur Mag-Arch et explorer la possibilité d’autres applications.
4. Structuration de la co-culture en ajustant la concentration de Gd-DTPA
REMARQUE : Les GBCA n’affectent pas de manière significative l’adhésion cellulaire ou la croissance ultérieure à des concentrations de travail (≤75 mM). De plus, les modèles cellulaires sont influencés par la concentration de Gd-DTPA : des concentrations plus élevées entraînent des motifs cellulaires plus petits/plus minces. Ainsi, il est possible de créer des systèmes de co-culture en ajustant simplement la concentration en Gd-DTPA. Cet exemple illustre la mise en forme de réseaux circulaires concentriques.
5. Structuration cellulaire dans la puce microfluidique
REMARQUE : Il a été démontré que la méthode basée sur Mag-Arch fonctionne dans des chambres étroites fermées dans notre étude précédente8. Voici un exemple de modélisation de réseaux de points dans un canal microfluidique.
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Des aimants rectangulaires (1,5 mm × 10 mm × 35 mm) et cylindriques (Φ1,5 m × 10 mm) ont été sélectionnés pour créer des motifs cellulaires à titre de démonstration. Les utilisateurs ont la possibilité de modifier la taille et la forme des aimants ou de les assembler différemment pour créer divers motifs cellulaires. Dans les figures 1A, B, les aimants ont été assemblés, les pôles magnétiques étant représentés en bleu (sud) et en rouge (nord) pour plus de clarté. Dans cette ...
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La structuration cellulaire basée sur Mag-Arch offre une solution conviviale pour la plupart des laboratoires biomédicaux. Cette méthode progresse parallèlement aux caractères sans encre, sans étiquette, indépendant du substrat et à la capacité de motifs à haut débit 8,13. Pour la mise en forme de cellules de type unique, il modélise les cellules en une seule étape. La procédure se termine simplement par le rafraîchissement des milieux de culture.
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Les auteurs n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.
Cette étude est soutenue financièrement par le Programme national clé de R&D de Chine (2021YFA1101100), la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (32000971), les Fonds de recherche fondamentale pour les universités centrales (n° 2021FZZX001-42) et le Fonds scientifique de la nuit étoilée de l’Institut d’études avancées de Shanghai de l’Université du Zhejiang (subvention n° 2021). SN-ZJU-SIAS-004).
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| A2780 Cellules cancéreuses de l’ovaire | Procell | CL-0013 | |
| Milieu de culture cellulaire (DMEM, haute teneur en glucose) | Gibco | 11995040 | |
| Lames de couverture | Citotest Scientific | 80340-3610 | Pour la fabrication de microfluidique. Dimension : 24 mm & temps ; DiD |
| MedChemExpress (MCE) de 50 mm ; | HY-D1028 | Pour le marquage de cellules avec fluorescence rouge (Ex : 640 nm) | |
| DiI | MedChemExpress (MCE) ; | HY-D0083 ; | Pour le marquage des cellules avec une fluorescence orange (Ex : 550 nm) |
| Sérum fœtal bovin (FBS) | Biochannel | BC-SE-FBS07 | |
| Gadopentetate dimeglumine (Gd-DTPA) | Beijing Beilu Pharmaceutical ; | ||
| Gélatine | Sigma Aldrich | V900863 | |
| Lames de cellule en verre | Citotest Scientific | 80346-2510 | Diamètre : 25 mm ; épaisseur : 0,19-0,22 mm |
| Plaques de verre | Quincaillerie | Pour la fabrication de microfluidique. Dimension : 40 mm & fois ; | |
| Cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVECs) | de | STCC12103G-1 | |
| Aimants néodyme-fer-bore (N52) | Lalaci | ||
| Revêtement de plaque de verre non toxique (Gel Slick Solution) | Lonza | 1049286 | Pour faciliter le démoulage lors de la fabrication de |
| solution saline tamponnée au phosphate microfluidique (PBS) | Servicebio | G4200 | |
| Nettoyeur plasma | SANHOPTT | PT-2S | |
| Kit polydiméthylsiloxane (PDMS) | DOWSIL | SYLGARD 184 Kit d’élastomère de silicone | Pour la fabrication de moules microfluidiques |
| Moule en polytétrafluoroéthylène (PFTE) | Quincaillerie | Personnalisé en ligne, pour la fabrication de microfluidique | |
| Plaque de silicium | Quincaillerie | ||
| Muscle lisse Cellules (SMC) | Procell | CL-0517 | |
| Nettoyeur à ultrasons | Sapeen | CSA-02 |
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