Method Article

יצירת תנאי סביבה דינמיים באמצעות מכשיר מיקרופלואידי בעל תפוקה גבוהה

DOI:

10.3791/61735

⸱

April 17th, 2021

 ,  ,  ,  , 
1State Key Laboratory of Cultivation Base for Photoelectric Technology and Functional Materials, State Key Laboratory of Photon-Technology in Western China Energy, Institute of Photonics and Photon-Technology, Northwest University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אנו מציגים מערכת מיקרופלואידית למחקרי תפוקה גבוהה על מכונות חיים מורכבות, המורכבת מ-1500 יחידות תרבות, מערך של משאבות פריסטליות משופרות ומודולוס ערבוב באתר. השבב המיקרופלואידי מאפשר ניתוח של התנאים המיקרו-סביבתיים המורכבים והדינמיים ביותר ב-vivo.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

חיקוי התנאים הסביבתיים vivo הוא חיוני למחקרים במבחנה על מכונות חיים מורכבות. עם זאת, טכניקות הנוכחי מיקוד תאים חיים ואיברים הם גם יקר מאוד, כמו רובוטיקה, או חסר נפח nanoliter ודיוק זמן אלפית שנייה במניפולציה נוזלית. אנו מציגים בזאת את העיצוב וההמצאה של מערכת מיקרופלואידית, המורכבת מ-1,500 יחידות תרבות, מערך של משאבות פריסטליות משופרות ומודולוס ערבוב באתר. כדי להדגים את היכולות של המכשיר המיקרופלואידי, כדוריות תאי גזע עצביים (NSC) נשמרות במערכת המוצעת. ראינו שכאשר תחום המל"ל נחשף ל- CXCL ביום 1 ו- EGF ביום 2, הקונפורמציה העגולה מתוחזקת היטב. שונות בסדר הקלט של 6 תרופות גורמת לשינויים מורפולוגיים בתחום המל"ל ולסמן הייצוגי ברמת הביטוי עבור גזעים של המל"ל (כלומר, Hes5 ו- Dcx). תוצאות אלו מצביעות על כך שלתנאים סביבתיים דינמיים ומורכבים יש השפעות רבות על הבידול וההתחדשות העצמית של המל"ל, והמכשיר המיקרופלואידי המוצע הוא פלטפורמה מתאימה למחקרי תפוקה גבוהים על מכונות החיים המורכבות.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

טכניקות תפוקה גבוהה חיוניות למחקרים ביו-רפואיים וקליניים. על ידי ביצוע מקביל של מיליוני בדיקות כימיות, גנטיות או חיות של תאים ואורגנואידים, החוקרים יכולים לזהות במהירות גנים המווסתים מסלול ביו-מולקולרי, ולהתאים אישית קלט תרופתי רציף לצרכים הספציפיים של האדם. רובוטיקה1 ושבבים מיקרופלואידיים בשילוב עם תוכנית בקרת מכשיר מאפשרים הליכים ניסיוניים מורכבים להיות אוטומטיים, כיסוי מניפולציה תא / רקמות, טיפול נוזלי, הדמיה, ועיבוד נתונים /שליטה 2,3. לכן, מאות ואלפי תנאים ניסיוניים יכולים להישמר על שבב אחד, על פי התפוקה הרצויה4,5.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. עיצוב שבבים מיקרופלואידיים

  1. עיצוב מולטיפלקסר microfluidic המורכב 18 מפרצון, שכל אחד מהם נשלט על ידי שסתום בודד משאבה peristaltic. כדי להגדיל את נפח הנוזל מונע על ידי כל מחזור שאיבה, יש את המשאבה peristaltic להיות מורכב 3 ערוצי בקרה, אשר הורחב בכוונה ל 200 מיקרומטר, ו 10 קווי זרימה מחוברים.
  2. עצבו את תא התרבות נטול הגזירה. שכפול של יחידת התרבות הדו-מפלסית מורכב מתא תרבית תאים נמוך יותר (400 מיקרומטר x 400 מיקרומטר x 150 מיקרומטר) ושכבת חיץ גבוהה יותר (400 מיקרומטר x 400 מיקרומטר x 75 מיקרומטר), המונעת לחץ גזירה לא רצוי על תאים במהלך חילופים בינוניים (איור 1).
  3. עצב תכונות בעלות תפוקה גבוהה. שכפל את יחידת התרבות ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המשאבה peristaltic על השבב הקונבנציונלי תוארה לראשונה על ידי סטיבן Quake בשנת 2000, באמצעותו peristalsis היה מופעל על ידי דפוס 101, 100, 110, 010, 011, 001 8,10. המספר 0 ו- 1 מציינים "פתוח" ו"קרוב" של 3 קווי הבקרה האופקיים. מחקרים באמצעות יותר מ 3 שסתומים (למשל, חמישה) דווחו גם11. למרות שהמשאבה peristaltic המורכבת על ידי 3 קווי בקרה 3 קווי זרימה מספק דיוק nanoliter, קצב ההובלה הוא איטי מדי להאכיל 1,500 תאי תרבות. כדי לפתור את הבעיה, אנו כו.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מכשירים מיקרופלואידיים שונים פותחו לביצוע ניסויים מולטיפלקסים ומורכבים17,18,19,20. לדוגמה, microwells עשוי מערך של גושים טופולוגיים יכול ללכוד תאים בודדים ללא שימוש בכוח חיצוני, מראה תווים יתרון כולל גודל מדגם קטן, parallelization, עלות חומר נמוכה יותר, תגובה מהירה יותר, רגישות גבוהה21,22,23,

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים מכירים בתמיכה הטכנית של ג'יפנג צ'אנג מצ'אנסן אינסטרומנט (סין) בע"מ. עבודה זו נתמכה על ידי מענקים (הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין,51927804).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
2713 Loker Avenue WestTorrey Pines מדעי
AZ-50XAZ חומרים אלקטרוניים, לוקסמבורג
Chlorotrimethylsilane (TMCS) 92360-25mLSigma
CO2 Incubator HP151Heal Force
Desktop Hole Puncher לשבבי DMS WH-CF-14Suzhou Wenhao Microfluidic Technology Co., Ltd.
DMEM (L-גלוטמין, גלוקוז גבוה, הנול אדום)איזון אלקטרוני Invitrogen
UTP-313 מקסימום: 600 גרם, e: 0.1 גרם, d: 0.01gשנחאי Hochoice יצרן מכשירים ושות', בע"מ.
FBSSigma
Fibronection 0.25 מ"ג/מ"לMillipore, אוסטריה
Glutamax 100xGibco
חימום אינקובטור BGG-9240Aשנחאי bluepard מכשירים ושות', בע"מ
ניקון דגם Eclipse Ti2-Eניקון
עט / סטרפטוקוס 10 יחידות / מ"ל פניצילין 10 ug / מ"ל סטרפטומיציןInvitrogen
מנקה פלזמה PDC-002האריק פלזמה
פולידימתילסילוקסן (PDMS)פוליליזין מומנטיב
0.01%סיגמא
ספין ציפוי ARE-310Awatori Rentaro
ציפוי ספין TDZ5-WSCence
Spin Coater WH-SC-01Suzhou Wenhao Microfluidic Technology Co., Ltd.
SU-8 3025MicroChem, ווסטבורו, מסצ'וסטס, ארה"ב
SU-8 3075MicroChem, ווסטבורו, מסצ'וסטס, ארה"ב

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Michael, S., et al. A robotic platform for quantitative high-throughput screening. Assay and Drug Development Technologies. 6 (5), 637-657 (2008).
  2. Kim, S. J., Lai, D., Park, J. Y., Yokokawa, R., Takayama, S. Microfluidic ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Microfluidic DeviceHigh Throughput CultureDynamic Environmental ConditionsNeural Stem CellsPeristaltic PumpsSequential Signal InputsCell DifferentiationPDMS MicrofabricationInverted MicroscopyCell Microenvironment

Related Articles