הפרוטוקול הנוכחי מתאר ייצור של מיקרוספרות נקבוביות פתוחות מאוד (HOPMs) המבוססות על פולי(חומצה לקטית-קו-גליקולית) באמצעות טכנולוגיית מיקרופלואידית מבוססת תחליב יחיד. למיקרוספרות אלה יש יישומים פוטנציאליים בהנדסת רקמות ובבדיקת תרופות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
הפרוטוקול הנוכחי מתאר ייצור של מיקרוספרות נקבוביות פתוחות מאוד (HOPMs) המבוססות על פולי(חומצה לקטית-קו-גליקולית) באמצעות טכנולוגיית מיקרופלואידית מבוססת תחליב יחיד. למיקרוספרות אלה יש יישומים פוטנציאליים בהנדסת רקמות ובבדיקת תרופות.
בהשוואה לפיגומים בתפזורת והזרקה ישירה של תאים בלבד, היחידות המודולריות הניתנות להזרקה זכו לעניין עצום בתיקון רקמות לא תקינות בשל הנוחות באריזות התאים, שימור תאים משופר ופולשניות מינימלית. יתר על כן, הקונפורמציה הנקבובית של נשאים זעירים אלה יכולה לשפר את חילופי הבינוניים ולשפר את רמת חומרי המזון ואספקת החמצן. המחקר הנוכחי ממחיש את הייצור הנוח של מיקרוספרות נקבוביות פתוחות מאוד (PLGA-HOPMs) המבוססות על פולי(חומצה לקטית-קו-גליקולית) על ידי הטכנולוגיה המיקרופלואידית של facile עבור יישומי העברת תאים. ה- PLGA-HOPMs החד-ממדיים שהתקבלו היו בעלי גודל חלקיקים של ~ 400 מיקרומטר ונקבוביות פתוחות של ~ 50 מיקרומטר עם חלונות מחוברים. בקצרה, טיפות השמן המתחלבות (תמיסת PLGA בדיכלורומתאן, DCM), עטופות בפאזה המימית של ג'לטין 7.5% (w/v), הוכנסו לתמיסה המימית של 1% (w/v) פולי(ויניל אלכוהול) (PVA) הזורם באופן רציף דרך הזרבובית הקואקסיאלית במערך המיקרופלואידי המותאם אישית. לאחר מכן, המיקרוספרות היו נתונות להליכי מיצוי ממסים וליופיליזציה, וכתוצאה מכך לייצור HOPMs. יש לציין כי פורמולציות שונות (ריכוזים של PLGA ופורוגן) ופרמטרים לעיבוד (כוח תחליב, מד מחט וקצב זרימה של פאזה מפוזרת) ממלאים תפקידים מכריעים באיכויות ובמאפיינים של ה- PLGA HOPMs המתקבלים. יתר על כן, ארכיטקטורות אלה עשויות לתמצת רמזים ביוכימיים שונים אחרים, כגון גורמי גדילה, לגילוי תרופות מורחב וליישומים של התחדשות רקמות.
מיקרוספרות עמוסות תאים מציעות יתרונות חיוביים, כגון יכולת שימור תאים משופרת באתרה, אספקה יעילה של תאים, ויכולת נוספת של התפשטות תאים in vivo1. עד כה, נערכו מחקרים רבים לפיתוח מבנה פיגומים מוצלח לתמיכה בסביבה תורמת לתאים להתחדשות רקמות או ליישומי סינון תרופות2. עם זאת, סביבת היפוקסיה היא לעתים קרובות בלתי נמנעת בפנים עקב אספקה מספקת של חומרים מזינים / חמצן והצטברות פסולת מטבולית3. כדי להתגבר על בעיות אלה, מיקרוספרות נקבוביות מאוד (PMs) פותחו באמצעות ביו-חומריםשונים 4,5,6. בנוסף, בתרבות דינמית, הפיגומים סובלים מלחץ גזירה מוגזם7, והמצב הלא יציב של מדיום התרבית עלול לשבור את הנאמנות של PMs. לחלופין, ניתן להשתמש בפולי (חומצה לקטית-קו-גליקולית) (PLGA) לעיבוד PMs עם חוזק מכני טוב לתרבית דינמית1. לדוגמה, הדגמנו הזרקה משותפת של מיובלסט עכבר (C2C12) עמוס PLGA פתוח מאוד PMs (HOPMs) ותאי אנדותל של ורידים אנושיים (HUVEC) עמוסי פולי(אתילן גליקול) מיקרורודים חלולים כדי לרפא אובדן שריר נפחי, ולהשיג שיפור מדהים של התחדשות שרירי השלד באתרו 8.
יש לציין כי PMs מאופיינים בשטחי פנים גדולים ונקבוביות גבוהות, וזה עניין ספציפי להידבקות תאים וצמיחה לקראת אספקת תאים זעיר פולשנית9. לאור היבטים אלה, נעשה שימוש בחומרים שונים בעלי תאימות ביולוגית כדי לייצר אתה-PMs 10,11. ה-PMs הניתנים לתכנון יחד עם תאים מציעים הידבקות מצוינת, חוזק מכני ניכר וחלונות מחוברים מאוד, שיכולים לשפר את התפשטות התאים לתיקון רקמות פגומות12. בהקשר זה, טכנולוגיות שונות פותחו גם כדי לייצר כדורים נקבוביים13,14. מצד אחד, PMs הופקו באמצעות חומרים יוצרי גז, כגון NH4HCO3, אשר רוסנו עקב קישוריותמספקת 15,16,17. מאידך גיסא, PMs נגזו ישירות לאחר אמולסיפיקציה, מה שהוביל לפולידיספרס PMs18. בסופו של דבר, הטכנולוגיה המיקרופלואידית של הטיפות המבוססת על גישת האמולסיה-טמפלציה היא אולי שיטה יעילה לבניית PMs, מכיוון שלעתים קרובות היא גורמת לחלקיקים בגודל אחיד19. יש לציין כי התכונות המורפולוגיות של המיקרוספרות תלויות לעתים קרובות באיכות טיפות האמולסיה הנוצרות (כלומר, מים בשמן, W/O, או שמן במים, O/W), אשר עשויות להשפיע באופן משמעותי על תכונות הביו-חומרים20. ראוי לציין כי ניתן ליישם את הפלטפורמה המיקרופלואידית שתוכננה מראש כדי ליצור את המיקרופייברים או המיקרוספרות. לדוגמה, Yu et al. הדגימו ייצור של מבנים מיקרו-פיסיביים עמוסי תאים המבוססים על פלטפורמות מיקרופלואידיות מבוססות נימים, אשר יכולות לשמש להרכבת רשתות תאיות לחיקוי רקמות טבעיות21. במקרה אחר, Ye et al. ייצרו מיקרו-קפסולות גבישים פוטוניים על ידי שכפול תבנית של חרוזי גביש קולואידיים סיליקה באמצעות טכנולוגיות מיקרופלואידיות, שיכלו להתגבר על מגבלות רבות של טכניקות עכשוויות הדורשות תיוג מורכב ומנגנון ספציפי22.
ואכן, הרציונל מאחורי השימוש בטכניקה זו נובע מיתרונות שונים, כגון היותה נוחה באופיה, שאינה דורשת ציוד מתוחכם, והנוחות שלה בסינתזה של PMs בגודל אחיד ליישומי אספקת תאים ורפואה רגנרטיבית. בהקשר זה, עם רכיבים שתוכננו מראש של תחליב-טמפלאט, ניתן לקבל בנוחות PMs עם נקבוביות גבוהות וקישוריות מהתקן מיקרופלואידי המורכב מצינורות פולי(ויניל כלוריד) (PVC), נימי זכוכית ומחט. תחליב-מבשר W/O מוכן על ידי הומוגניזציה של תמיסה מימית של ג'לטין ותמיסה אורגנית של PLGA. על ידי הזרקה סלקטיבית של החלק הישים של האמולסיה לתוך הפלטפורמה המיקרופלואידית, ה- PMs עם גדלי חלקיקים אחידים ונקבוביות מחוברות זו לזו לאורך פני השטח לפנים מפוברקים. הפרוטוקול הנוכחי נועד לייצר את ה-PLGA-HOPMs על ידי תחליב-טמפלינג בפלטפורמה המיקרופלואידית. ההערכה היא כי פרוטוקול זה מאפשר ייצור ניתן לשחזור של PLGA-HOPMs ועשוי להיות ישים בתחומים הקשורים שלהם של הנדסת רקמות ובדיקת תרופות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכנת פתרונות
2. הרכבה וייצור של מכשירים מיקרופלואידיים טיפתיים של PLGA-HOPMs
הערה: הפריטים המתכלים הדרושים להרכבה זו מפורטים בטבלת החומרים.
3. הדמיית מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM)
4. תרבית תאים והדמיית פלואורסצנציה
הערה: תאי גזע מזנכימליים של מח עצם חולדה (BMSCs) שימשו לעבודה הנוכחית. התאים התקבלו ממקור מסחרי (ראו טבלת חומרים).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בהתבסס על עבודה קודמת שביצעה אופטימיזציה של הפרמטרים העיקריים1, PLGA הומסה בממס DCM הניתן לאידוי. תחליב ה- W/O הראשוני הוכן על ידי הומוגניזציה עם ג'לטין תחת טיפול בדיקה קולי. המבנה הזורם המשותף המותאם אישית הורכב בצורה פשטנית, שבה נעשה שימוש במזרק כדי להציג את הזרימות ללא הרף. יתר על כן, בוצעו הליכי שטיפה מספיקים כדי לסלק PVA וג'לטין של מיקרוספרות PLGA (איור 1A, איור משלים 1A,B). לאחר מכן, התכונות המורפולוגיות של PLGA-HOPMs נצפו על ידי הדמיית SEM. נצפ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מאמר זה מתאר אסטרטגיה יעילה לייצור ארכיטקטורות מבוססות PLGA, כלומר PLGA-HOPMs. יש לציין כי יש לנקוט בזהירות במספר צעדים קריטיים, כולל הימנעות מהתנשאות ממס של PLGA והתאמה עדינה של הכוח הקולי למצב המטרה במהלך הכנת התחליב. בנוסף, מוצא נוזלי של מזרק 20 מ"ל יכול להיות מותאם במידה מסוימת כדי לפתור את הפרדת הפאזה של מבשרי מתחלב. עם זאת, מגבלה היא שמכיוון שמצב הפורוגן מושפע מטמפרטורת הסביבה, יציבות התחליב עשויה להיות בלתי רצויה. יחד, ההרכבה הנוחה של הפלטפורמה המיקרופלואידית הטפטפת יכולה להקל באופן משמעותי על ייצור מיקרוג'לים עמו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
SCL, YW, RKK ו- AZC מכירים בתמיכה כספית מהקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (NSFC, 32071323, 81971734 ו- U1605225) ותוכנית לצוות מחקר חדשני במדע וטכנולוגיה באוניברסיטת מחוז פוג'יאן. YSZ לא נתמך על ידי אף אחת מתוכניות אלה ולא קיבל תשלום מכל סוג שהוא; במקום זאת, תמיכה ממכון המחקר בריגהם זוכה להכרה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| צינור צנטריפוגה | Solarbio, בייג'ינג, סין | 5 מ"ל ו-50 מ"ל (סטריליות) | |
| מיקרוסקופיה סריקת לייזר קונפוקלית | Leica, Wetzlar, גרמניה | TCS SP8 | |
| Dichloromethane | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd, שנחאי, סין | 20161110 | מחט חלוקה בדרגת מחקר |
| Kindly, שנחאי, סין | 26 G, ID: 250 μ m, OD: 460 μ m | ||
| DMEM/F-12 | Gibco; Life Technologies Corporation, Calsbad, ארה"ב | 15400054 | DMEM/F-12 50/50, 1x (Dulbecco's Mod. של Eagle's Medium/Ham's F12 50/50 Mix) עם L-גלוטמין |
| אתיל אלכוהול | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd, שנחאי, סין | 20210918 | מחקר בדרגת מחקר |
| אתיל-אנדיאמין-חומצה טראצטית (EDTA)-טריפסין | תעשיות ביולוגיות, קיבוץ בית העמק, איסרא | טריפסין (0.25%), EDTA (0.02%) | |
| סרום בקר עוברי (FBS) | תעשיות ביולוגיות, קיבוץ בית העמק, ישרא | הקפאה בדרגת מחקר | |
| בילון, שנחאי, סין | FD-1B-50 | ||
| ג'לטין | סיגמא-אולדריץ' ושות' בע"מ, סנט לואיס, ארה"ב | lot# SZBF2870V | מעור חזיר, |
| צלחת תחתונה מזכוכית | A Biosharp, Hefei, סין | BS-15-GJM, 35 מ"מ | |
| נימי זכוכית | Huaou, ג'יאנגסו, סין | 0.9-1.1 ופעמים; 120 מ"מ | |
| שייקר חממה | Zhicheng, שנחאי, סין | ZWYR-200D | |
| ערכת הדמיית תאים מתים חיים | Solarbio, בייג'ינג, סין | 60421211112 | פלואורסצנטי ירוק בתאים חיים (ex/em 488 ננומטר/515 ננומטר). פלואורסצנציה אדומה בתאים מתים (ex/em 570 ננומטר/602 ננומטר) |
| צנטריפוגה במהירות נמוכה | Xiangyi, הונאן, סין | TD5A | |
| מגנטרון מקרטע | Riye electric Co. Ltd, סוג'ואו, סין | MSP-2S | |
| משאבת הזרקת מיקרו-זרימה | מכשיר הרווארד, הוליסטון, ארה"ב | משאבת הרווארד 11 פלוס | |
| פניצילין-סטרפטומיצין | תעשיות ביולוגיות, קיבוץ בית העמק, ישרא | 2135250 | מחקר בדרגת |
| מחקר פוספט חוצץ מלח (PBS) | Servicebio Technology Co., Ltd. ווהאן, סין | GP21090181556 | PBS 1x, כיתה תרבותית, ללא סידן, ללא מגנזיום |
| פולי (חומצה לקטית-co-גליקולית) | Sigma-Aldrich Co. Ltd, סנט לואיס, ארה"ב | lot# MKCF9651 | 66– 107 kDa, לקטיד: גליקוליד 75:25 |
| פולי (אלכוהול ויניל) | סיגמא-אולדריץ' ושות' בע"מ, סנט לואיס, ארה"ב | lot# MKCK4266 | 13-13 kDa, 98% צינור PVC שעבר הידרוליזה |
| שנצ'ן, שנחאי, סין | קוטר פנימי, מזהה: 1 מ"מ | ||
| מח עצם חולדה תאי גזע מזנכימל | פרוסל, ווהאן, סין | ||
| מיקרוסקופ אלקטרונים סורק | Phenom pure, איינדהובן, הולנד | הגדר מתח תאוצה ב-5 קילו וולט | |
| סירין למטרות | רפואיות חביב, שנחאי, סין | 5 מ"ל ו-50 מ"ל (עם המחט) | |
| אמבט מים בטמפרטורה | Mingxiang, שנזן, סין | 36 W | |
| שנאי | Riye Electric Co. Ltd, סוג'ואו, סין | SZ-2KVA | |
| מפסק תאים אולטראסוני | JY 92-IID, Scientz, Ningbo, סין | JY 92-IID | |
| דבק ריפוי UV | Zhuolide, פושאן, סין | D-3100 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.