April 19th, 2010
פרוטוקול זה מתאר את הפיתוח של המכשיר microfluidic לחקירת chemotaxis חיידקים הדרגתיים ריכוז יציב של chemoeffectors.
E Coli RP 4 37 מוכנסים למכשיר כימוטקסיס שם הם נחשפים לריכוז מרחבי מוגדר. שיפועים תאים הנכנסים לתא נתקלים בנקודת האמצע של שיפוע הריכוז. תלוי אם האות נתפס כחומר מושך או דוחה, חיידקים נעים במהירות למעלה או למטה בשיפוע הריכוז.
היי, אני דרק אנגלר מהמעבדה לביוטכנולוגיה של מערכות מולקולריות והמחלקה להנדסה כימית באוניברסיטת טקסס. היום נראה לכם הליך החוקר מיסים כימותרפיים של חיידקים במכשיר מיקרופלואידי. אנו משתמשים בהליך זה במעבדות שלנו כדי לחקור כיצד אי קולי RP 4 37 נודד בשיפוע ריכוז של ניקל גופרתי.
אז בואו נתחיל. השכבה הנוזלית ושכבת הבקרה מיוצרות על ידי יציקת העתק של פולימתיל SUBOXANE או PDMS מהמאסטר SU 8. כדי להתחיל בהליך זה, ערבב את הפולימר הקדם-PDMS ואת הקישור המוצלב ביחס משקל של 10 לאחד.
מסירים את התערובת בחומר ייבוש למשך שעה עד להסרת בועות אוויר. כאשר תערובת ה-PDMS מוכנה, מניחים את ה-SU שמונה מאסטר בצלחת פטרי ויוצקים בזהירות את התערובת על גבי ה-SU שמונה מאסטר לעובי הרצוי חום. צלחת הפטרי המכילה את ה-PDMS ואת תבנית המאסטר SU 8 ב-80 מעלות צלזיוס למשך שעתיים כדי לרפא את ה-PDMS.
לאחר שעתיים, הסר את מאסטר ה-SSU שמונה המכוסה ב-PDMS מהפלטה החמה וקילף את תבנית ה-PDMS מהמאסטר SU 8. המבנה הרצוי יוטמע בתבנית ה-PDMS באמצעות ניקוב מחט קצה קהה בגודל 20 ארבעה חורים בתבנית ה-PDMS לצינורות למחולל השיפוע, כניסת התא ויציאת התא. כעת אנו מוכנים להרכיב את מכשיר ה-PDMS כדי לחבר את מכשיר ה-PDMS.
ראשית, נקו שקופית מיקרוסקופ זכוכית עם איזופרופנול ונסו אותה עם זרם אוויר. לאחר מכן, חשוף את תבנית ה-PDMS ואת מגלשת הזכוכית לפלזמת חמצן בתחריט פלזמה למשך כ-30 שניות. הבא את תבנית ה-PDMS למגע עם מגלשת הזכוכית מחממים את השקופית המגיעה ואת תבנית ה-PDMS ל-65 מעלות צלזיוס על פלטה חמה למשך 15 דקות.
כדי להרכיב את מכשיר ה-PDMS, השתמש בסכין גילוח כדי לחתוך צינורות בזווית של 45 מעלות לאורך הנכון הנדרש בהתאם להגדרת המיקרוסקופ. ואז באמצעות מלקחיים. הכנס קצה אחד של הצינור לאחד מארבעת החורים המנוקבים במכשיר.
הכנס רכזת מחט קהה בגודל 30 לקצה השני של הצינור. חזור על הכנסת הצינורות ורכזת המחט עבור כל החורים הנותרים. טען מיליליטר אחד של מסי כימותרפיה, חיץ או CB במזרק של שלושה מיליליטר.
הקפדה על הוצאת אוויר מהמזרק. הוסף CB לרכזת מחט היציאה באמצעות פיפטה והקש על רכזת המחט כדי להסיר בועות אוויר. דחוף מעט CB מקצה המזרק של שלושה מיליליטר וחבר את המזרק לרכזת המחט מבלי ללכוד אוויר.
דחוף את CB דרך המכשיר עד שכל רכזות המחט הנותרות יתמלאו ב-cb. זה אמור להסיר את רוב בועות האוויר. לאחר מכן, מלאו שני מזרקים של 500 מיקרוליטר ב-CB המכילים את הריכוזים המתאימים של אפקטור הכימותרפיה הנבדק.
מנע היווצרות בועות אוויר על ידי דחיפת טיפה קטנה מתכולת המזרק ונגיעה בטיפות הנוזל ברכזת המחט וחיבור המזרק להכנת חיידקים בעלי תנועה גבוהה. לניסוי הכימוטקסיס, גדלו תרבית לילה של אי קולי RP 4 37 עם ביטוי GFP, פלסמיד במרק טריפטון או שחפת ב-32 מעלות צלזיוס עם טלטול למחרת. השתמש בתרבית הלילה כדי לחסן תרבית של 20 מיליליטר של שחפת בבקבוק ארלנמאייר של 250 מיליליטר לצפיפות אופטית של 600 ננומטר של כ-0.05.
גדל את התרבית ב-32 מעלות צלזיוס עם טלטול כאשר התאים נמצאים ב-OD 600 של כ-0.35 עד 0.45. קצור אותם על ידי צנטריפוגה במהירות נמוכה להשעות תאים ל-OD 600 של כ-0.35 ב-CB המכיל את אפקטור הכימותרפיה בריכוז הצפוי באמצע התעלה. לבסוף, הוסף תאים מתים עם תווית RFP ללא D 600 של כ-0.35 ל-GFP המבטא תאים חיים.
תאים מתים אלה יהוו בקרה פנימית כדי להבטיח שכל נדידה אינה נובעת מהשפעות זרימה. תרחיף התא מוכן כעת לטעינה במכשיר המיקרופלואידי לניסוי הכימוטקסיס. כדי להתחיל בניסוי הכימוטקסיס, הסר חלק מה-CB ממילוי רכזת המחט של כניסת התא עם תרחיף התא.
מלאו בעדינות מזרק של 50 מיקרוליטר בתאים התלויים. עשו זאת לאט מכיוון שניתן לגזור דגלים, מה שיפחית את התנועתיות. חבר את המזרק בנפח 50 מיקרוליטר לרכזת מחט הכניסה כפי שהוצג קודם לכן על ידי דחיפת טיפה קטנה מתכולת המזרק ונגיעה בטיפה לנוזל ברכזת המחט והצמדת המזרק למקם את המכשיר על הבמה של מיקרוסקופ פלואורסצנטי המצויד במצלמה מהירה לרכישת תמונה.
הכנס את שני מזרקי הכניסה למשאבת המזרק והתחל זרימה כך שנוצר השיפוע והתאים זורמים דרך הצינור. ברגע שהתאים נכנסים לתא המסים הכימותרפיים, המתן כ-20 דקות עד שהמערכת תתייצב. לפני ההדמיה, אספו תמונות פלואורסצנטיות חיות, ירוקות ואדומות מתות במקומות שונים לאורך החדר.
בדרך כלל אנו אוספים 100 תמונות בכל מיקום במרווחים של שלוש שניות. ניתן לנתח את תמונות הקרינה שנרכשו באמצעות כל תוכנת ניתוח תמונה זמינה מסחרית כגון Image J או Metamorph, או באמצעות קודים פשוטים שנכתבו ב-matlab. בדוגמה זו, נשתמש בקודי MATLAB.
התחל בהסרת פיקסלי הרקע בתמונה באמצעות עוצמת פיקסלים מוגדרת זו, והסר את כל הפיקסלים בעלי עוצמה נמוכה מהסף. זה ממזער את הרעש. בניתוח, השתמש במיקום התאים המתים כדי לקבוע את מרכז התמונה.
זה מייצג את המיקום שבו תאים נכנסו לתא הכימוטקסיס והיכן הם יתגלו בהיעדר הגירה כלשהי. לאחר מכן, אתר תאים חיים בתמונה, חלק את התמונה לערוצים וקבע את מספר התאים החיים בכל ערוץ. בעבודה הקודמת שלנו, תא המסים הכימותרפיים ברוחב 10 50 מיקרומטר חולק ל-64 תעלות שכל אחת מהן הייתה ברוחב של כ-16 מיקרומטר.
לאחר חזרה על שלבים אלה עבור כל התמונות, חלק מסך התאים נספר עבור כל ערוץ בכל התמונות. זה נותן את ספירת התאים הכוללת שזוהתה בכל ערוץ לאורך הניסוי. חשב את מיסי הכימותרפיה, מקדם החלוקה או CPC, המייצג את כיוון ההגירה.
על ידי ביצוע השלבים הבאים, הקצה מכפיל של פלוס אחד ומינוס אחד לכל תא הממוקם בריכוז הגבוה או בריכוז הימני והנמוך או בצד השמאלי של התאים המתים בהתאמה. חבר את כל הערכים המוכפלים ונרמל למספר הכולל של תאים שזוהו. חשב את מיסי הכימותרפיה, מקדם הנדידה או CMC, המשקלל את נדידת התאים לפי מרחק הנסיעה.
תא שנע למיקום הריכוז הגבוה ביותר ערוץ 64 מקבל מקדם שקלול של פלוס אחד, בעוד שתא שנע באמצע הדרך לצד הריכוז הגבוה יותר מקבל מקדם משקל של פלוס 0.5 ותא. המעבר למצב הריכוז הנמוך הרחוק ביותר משוקלל במינוס אחד. חלק מכל ספירת התאים המשוקללת ומנורמלת למספר התאים ליצירת ה-CMC.
גרף זה מציג שיפוע ריכוז ליניארי או פרופיל שנוצר במכשיר המיקרופלואידי באמצעות פלואורסצאין איזותיוציאנט. היווצרות שיפוע ריכוז מודגמת באיור זה באמצעות צבעי צבע כחול וצהוב. כניסת התא הייתה CA כך שלא הייתה זרימה דרכה, וניתן לראות שנוצר טווח צבעים בין כחול לצהוב.
להלן תמונות פסאודו-צבע מניסוי כימוטקסיס מייצג שבו אי קולי RP 4 37 נחשף לשיפוע של אפס עד 100 מיקרו-מולרי L אספרטט או אפס עד 225 מיקרו-מולרי ניקל סולפט במכשיר. הנדידה של חיידקים ירוקים חיים לעבר אל אספרטט או הרחק מניקל צולמה כל 2.5 שניות למשך 30 דקות. חיידקים מתים המוצגים באדום שימשו כבקרה על השפעות הזרימה במכשיר.
ההתפלגות המרחבית של RP 4 37 במכשיר המיקרופלואידי, בהיעדר שיפוע, מוצגת בגרף זה בהשוואה לתגובתו לשיפוע אספרטט ולשיפוע ניקל גופרתי. זה עתה הראינו לך כיצד לנטר את מיסי הכימותרפיה של אי קולי RP 4 37 בשיפוע של ניקל גופרתי. בעת ביצוע הליך זה, חשוב לזכור למזער את מערבולת התאים כך שניתן יהיה להשתמש בתת-אוכלוסייה בעלת תנועתיות גבוהה.
אז זהו. תודה על הצפייה ובהצלחה בניסויים שלך.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
פרוטוקול זה מתאר את הפיתוח של מכשיר מיקרו-נוזלי לחקר כימוטקסיס חיידקי בשיפועי ריכוז יציבים של כימואפקטורים. E. coli RP 4 37 מוכנסים למכשיר כדי לחקור את תנועתם בתגובה לשיפועי ריכוז מרחביים מוגדרים.
Quantifying bacterial chemotaxis in stable gradients enables mechanistic de-risking of antimicrobial target validation by linking chemoeffector sensing to phenotypic behavior. This microfluidic approach supports predictive confidence in lead identification by providing quantitative, reproducible migration data under controlled chemical conditions. The platform enhances translational continuity from target screening to preclinical evaluation by standardizing chemotaxis readouts for cross-functional teams.
The device integrates into early discovery workflows by enabling hypothesis testing of chemoeffector-receptor interactions prior to lead optimization.