דפוסים על תאים שקוף אופטית טין אלקטרודות תחמוצת אינדיום
August 20th, 2007
Non-עכירות monolayer PEG silane היה desorbed מ למיעון בנפרד אלקטרודות איטו על זכוכית על ידי יישום של פוטנציאל רדוקטיבי. אלקטרוכימי של שכבת הפשטת PEG-silane מ microelectrodes איטו מותר הידבקות התא להיערך בצורה מוגדרת מרחבית, עם דפוסי הסלולר המקביל הדוק דפוסי אלקטרודה.
היי, אני אישה. אני סטודנטית שנה שנייה לתואר שני במעבדה של ד"ר זן. אנחנו כאן במחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת קליפורניה דייוויס.
היום אני הולך להראות לכם את השליטה של איאן באלקטרודות מיקרו שקופות אופטית של תחמוצת אינדיום 10 בהנדסת רקמות ומאמצי התחדשות נעשו כדי לחקות את המיקרו-סביבה של האיבר. על מנת ליצור מיקרו-סביבה זו במבחנה, חיוני לבודד תאים מרחבית וזמנית על מצע. אנו מעוניינים לעצב משטחים שבהם נוכל לשלוט במיקום של סוגים שונים של תאי כבד.
בניסוי של היום, נשתמש בשינוי פני השטח, מיקרו-ייצור ואלקטרוכימיה כדי ליצור משטח שניתן להחליף מתא לא דביק לדבק תאים. השלב הראשון הוא פוטוליתוגרפיה. הנה תרשים זרימה של איך התהליך הזה הולך לעבוד.
הכחול הוא אור הזכוכית, הירוק הוא תחמוצת אינדיום 10 המצופה על גבי אור הזכוכית. ראשית, מה שאנחנו הולכים לעשות הוא צילום מעיל ספין עמיד באדום המוצג כאן על גבי אור הזכוכית המצופה תחמוצת אינדיום 10. לאחר מכן נעביר את זה דרך מסכת צילום לאור אולטרה סגול והאזורים החשופים יפותחו בפתרון מתפתח.
אזורי ITO שאינם מוגנים על ידי התנגדות לתמונות יוסרו ב- IT oing. ואז לבסוף, כל התנגדות הצילום שנותרה תוסר באצטון כדי ליצור את אלקטרודות ה-ITO שלנו. להלן תרשים הזרימה של שלושת השלבים הנותרים.
ראשית, אנו הולכים לשנות את כל המשטח עם צילין יתד. זה יהפוך את פני השטח ללא עכירות ושום תאים או חלבונים לא ייקשרו אליו. בשלב הבא נשתמש באלקטרוכימיה כדי לספוג באופן ספציפי צילין יתד משתי האלקטרודות I שיצרנו קודם.
ולבסוף, אנו הולכים לדגור פיברובלסטים על גבי פני השטח והם ייקשרו באופן סלקטיבי רק לאזורי הרצועה. אז עכשיו אנחנו מוכנים להתחיל את הניסוי שלנו. השלב הראשון כולל פוטוליתוגרפיה, שעומדת להתבצע בחדר נקי.
אז בואו נמשיך וניכנס לחדר הנקי. אז עכשיו הנה אנחנו בחדר הנקי שלנו. לפני שנתחיל את הניסוי שלנו, מה שאנחנו הולכים לעשות זה לאפות בתנור שלנו דגימות של תחמוצת פח אינדיום או מצופה ITO ב-200 מעלות צלזיוס.
כך נוכל לייבש את כל המשטחים שלנו. ואחרי האפייה ב-200 מעלות צלזיוס זה הזמן שבו אנחנו הולכים למקם אותו על טכנולוגיית הספין שלנו ולמעשה ליישם את התנגדות הצילום. אז לאחר ייבוש מצע ה-ITO שלנו, ניקח אותו ונניח אותו על הצ'אק של טכנולוגיית הספין.
הצ'אק הזה גדול מספיק כדי להכיל רבע אור. אז אנחנו הולכים, אנחנו הולכים ליישם ואקום. לאחר מכן, אנו מיישמים טון חיובי, התנגדות לצילום על המצע.
לאחר יישום התנגדות הצילום, אנו פשוט ממשיכים ומתחילים. זה כרוך בשני שלבים. הראשון הוא ההתפשטות, והשני הוא ציפוי הספין בשלב ההתפשטות.
הצ'אק מסתובב ב-800 סל"ד וזה פשוט מפזר באופן אחיד את התנגדות הצילום על כל המשטח. עם זאת, שלב הסיבוב הבא, שהוא ב-4,000 סל"ד וב-4,000 סל"ד, הוא יוצר שכבה דקה באמת. בדק אני מתכוון בערך מיקרון אחד.
אם אתה מפרק את המילה תמונה, מתנגד, היא הופכת לתמונה ומתנגדת. הוא מופעל על ידי אור. לפיכך, אנו עובדים בחדר הנקי ואנו משתמשים באור מסונן כך שהתנגדות דלת הצילום שלנו לא תופעל על ידי האור והיא עמידה בפני נכסים, בהם נשתמש בהמשך כשנבצע תחריט.
אז עכשיו סיימנו עם ציפוי ספין, עמידות לצילום על פני השטח, ואנחנו פשוט הולכים להוציא אותו ולעבור לשלב הבא שלנו. אז לאחר אפיית הדגימה במשך דקה ו-45 שניות, אנו הולכים לקחת אותה מהפלטה החמה ולהעביר אותה לתוחם מסכת התותח שלנו. כאן אנו לוקחים מסכה שאנו זקוקים לה ואז מניחים את המסכה על גבי המצע שלנו על מנת לקבל הדפסת מגע בין המצע שלנו עם התנגדות יציאה למסכה, אנו מניחים אותה עם פרוסת זכוכית בגודל 4 אינץ' רק כדי להוסיף לה משקל.
וברגע שסיימנו עם זה, אנחנו פשוט מחזירים את התריס ואז חושפים את הדגימה לאור UV. לאחר השלמת החשיפה, אנו פשוט מזיזים את המכסה בסדר הפוך. אנחנו מוציאים את פרוסת הזכוכית שלנו, אנחנו מוציאים את המסכה שלנו, ואז אנחנו מסירים את המצע שלנו ולוקחים אותו לפיתוח.
לאחר חשיפת הדוגמה, אנו ממקמים אותה בפתרון מפתחים. כאשר הדגימה נחשפה לאור UV, הייתה צורת יוני מימן, שנוטרלו עם הבסיס ותמיסת המפתח ולמעשה הוסרו מהשטח. אז עכשיו אתה רוצה לוודא שכאשר אתה עושה את הדגימה, אתה כל הזמן מסיט את המצע.
וכשאתה עושה את זה, אתה יכול לראות בערך בדקה או בדקה וחצי הראשונות, האזורים החשופים לשעבר למעשה מתפתחים ומוסרים מעל פני השטח. אבל כדי שהפיתוח המלא יתרחש, אנחנו נותנים לו לשבת בפתרון המפתחים למשך כחמש דקות. לאחר השלמת הפיתוח, אנחנו הולכים להוציא אותו, אנחנו הולכים לשטוף אותו ולטבול מים ואז לייבש אותו באמצעות אקדח חנקן.
לאחר שיייבשנו את הדגימה שלנו, ניקח אותה ונדמיין אותה תחת המיקרוסקופ שלנו. כאן אנו מסתכלים על הדגימה תחת מיקרוסקופ. פשוט הוצאנו אותו אחרי שפיתחנו אותו במשך חמש דקות.
ישנם שני אזורים שאתה יכול לראות כאן, אזור כהה יותר המכוסה בהתנגדות לתמונות והאזור הבהיר יותר שבו ההתנגדות לתמונות הוסרה. ביחס למסכה שהשתמשנו בה קודם, האזורים הכהים יותר על המסכה היו האזורים הכהים יותר שאנו רואים עכשיו מתחת למיקרוסקופ, בעוד שהאזורים הברורים שאנו רואים כאן, היו שקופים על המסכה. אחד העיצובים המוצגים כאן הוא רק מערכים בגדלים שונים הנעים מ-500 עד 50 מיקרון, בעוד שהעיצוב השני הוא עיגול אחד של 1000 מיקרון שפשוט מחוברים זה לזה.
אז הנה לנו עיצוב שונה שנעשה באותו הליך. כאן יש לנו אלקטרודות הניתנות להתייחסות בנפרד. מה שאני מתכוון בזה הוא שאזורים שונים של ITO קשורים זה בזה וניתן להפעיל אותם בצורה שונה.
לדוגמה, כאן, האזורים המעגליים המרכזיים, הם מחוברים לרפידה חשמלית אחת כאן, ואילו האזורים המלבניים החיצוניים ביותר, הם מחוברים לרפידה חשמלית אחרת. בדרך זו אנו יכולים לעורר את שני המשטחים השונים האלה בנקודות זמן שונות. לאחר התבוננות בדוגמאות שלנו, השלב הבא שאנו עוברים אליו הוא לחרוט את הדגימה.
כל האזורים שאינם מוגנים על ידי התמונות הולכים להיחרט בתחריט ITO. לפני שנעשה זאת, עלינו לוודא שאנו לובשים בגדים מתאימים מכיוון שתחריט ITO מכיל חומצות. ועכשיו, אחרי שנכנסתי לחלוק המגן החומצי שלי, לבשתי את מגן הפנים שלי, אני הולך לשפוך קצת תחריט ITO לתוך זכוכית.
תחריט ה-ITO מורכב מ-20% מימן כלורי, 5% חומצה חנקתית, והשאר מי DI. ואז תביא את הדגימה שלי ותניח אותה בתחריט. מוקדם יותר במיקרוסקופ, ראינו שהיו כמה אזורים שלא היו מוגנים על ידי העלאת תמונות.
החומצות בתחריט ה-ITO תקפו את האזורים הללו וגרמו ל-ITO מאזורים אלה להיחרט החוצה. כאשר ה-ITO מתכלה לאט לאט מעל פני השטח, הוא משנה את צבעו. כאן אתם יכולים לראות שהוא השתנה משינוי כחלחל שהיה לו במקור לשינוי הסגול הזה ועכשיו הוא עובר לבורסה הצהובה.
השינוי בצבע מצביע על כך שה-ITO נחרט. אז עכשיו אנחנו ב-15 דקות. כל ה-ITO, זה חרוט לגמרי.
ומה שאתה רואה כרגע זה תמונות מוגנות אזורי ITO. אז לאחר השלמת התחריט, עדיין נותרו כמה חומצות על פני השטח. כדי להסיר את החומצה הזאת, אנחנו הולכים למקם אותה בתמיסת נתרן פחמתי, שתנטרל את כל החומצה.
לאחר נטרול החומצות, אנו הולכים להוציא אותו ולנקות אותו במי DI ואז לייבש עם החנקן. אז עכשיו סיימנו עם תחריט החומצה. אין יותר חומצה, נגמרה לי השמלה הלוהטת שלי.
אנחנו הולכים להוציא אותו ולהעביר אותו ולדמיין אותו תחת המיקרוסקופ שלנו. אז עכשיו אנחנו מתבוננים בדגימה מתחת למיקרוסקופ. זאת לאחר שביצענו את תחריט ה-ITO.
במקרה זה, האזורים הכהים יותר הם אזורי זכוכית שמהם נחרט ITO. והאזורים הקלים יותר הם ITO המוגנים על ידי התנגדות לצילום במקרה זה. שוב, אלה המערכים בין 500 ל -50 מיקרון ובמקרה השני יש לנו את המעגלים המחוברים שלנו של אלפי מיקרון כל אחד.
אז פשוט הסתכלנו מתחת למיקרוסקופ וראינו שיש אזורי זכוכית ואזורי ITO, אבל אזורי ITO היו מוגנים על ידי התנגדות לאור. עכשיו אנחנו צריכים להוציא את הפוטו-התנגדות הזו. אז כל מה שאנחנו הולכים לעשות זה לקחת את המצע שלנו, להכניס אותו לאצטון, ואז למקם את זה בסוניקט ופשוט לסוניקט למשך 10 דקות.
זה מבטיח שכל התנגדות הצילום הוסרה ותוכל להשתמש בה כצלילים בפני עצמה, אך על ידי פגיעה קולית, המשתמשת בגלי קול כדי לפגוע וזה מבטיח שהתנגדות הצילום תוסר כהלכה. לאחר הוצאתו מהאוויר הקולי, הוא נשטף במי DI, מיובש שוב בחנקן, וכעת ניתן לראות את הדפוסים בבירור על מצע זכוכית. אלה היו הדפוסים שהיו מוגנים בתחילה על ידי התנגדות הצילום.
כעת, לאחר שהסתכלנו על הדגימות שלנו ומצאנו או יצרנו את דפוסי ה-ITO שלנו, אנו הולכים להתחיל את השלב השני של הניסוי שלנו. שלב זה כולל שינוי של פני השטח עם חד-שכבת הרכבה עצמית של PEG ציקלין. אבל לפני שנעשה זאת, עלינו לוודא שהמשטח תגובתי.
כדי לעשות זאת, אנו מניחים אותו במנקה פלזמה. זה מציג קבוצות הידרוקסיל על פני השטח ובכך הופך אותו לתגובתי. כדי לעשות זאת, אנחנו פשוט מכניסים את הדגימה שלנו לתוך שואב הפלזמה ואז מפעילים את משאבת הוואקום שלנו.
אנו מדליקים חמצן, אנו מפעילים את הכוח הראשי. כוח זה משמש להמרת גז החמצן לפלזמה, אשר לאחר מכן מוחדר ובכך יוצר את חריצי ההידרוקסיל. וברגע שאנחנו מפעילים את החשמל, אנחנו ממשיכים קדימה ולוחצים על התחל.
אז עכשיו לאחר השלמת התהליך, אנו מוציאים את המצע שלנו, מאחסנים אותו בצלחת ויוצאים החוצה מהחלוק בחדר הנקי ועוברים לשלב הבא. אז עכשיו שיצאנו מהחדר הנקי וסיימנו את הדוגמה האידיאלית שלנו, אנחנו הולכים לשנות את המשטח שזה עתה עיצבנו עם פוליאתילן גליקול, צילין או PEG צילין. חשוב לדעת שצילין peg מגיב ללחות.
מכאן שכל מה שאנו משתמשים בעץ צריך להיות נטול לחות. כלי הזכוכית שהשתמשנו בהם כאן, הכלים לחיות מחמד, נאפו במאה מעלות צלזיוס למשך הלילה. והטון שבו נשתמש כממס הוא גם נטול מים.
הוא אינו מכיל לחות. אז עכשיו אני הולך לשפוך טולו נטול מים לתוך שני רמקולי הזכוכית האלה, שבאחד מהם יש את הדגימה שלנו. עכשיו אנחנו צריכים להשתמש בשתי צלחות פטרי כי אחת מהן היא המקום שבו אנחנו הולכים לעשות את השינוי.
והשני שנשתמש בו מאוחר יותר כשהשינוי יסתיים כדי לשטוף איתו את המצע שלנו. אז אחרי שהכנסנו את כלי הפיצה מזכוכית שלנו, אני פשוט הולך לקחת אותה ולהעביר אותה לתא נעילת האוויר שלנו כאן בתא הכפפות. לאחר סגירת תא נעילת האוויר, אנו הולכים להכניס חנקן לתא.
עכשיו החדר הראשי כאן כבר מלא בחנקן. מכאן שאיננו רוצים לפתוח את החדר הזה אלא אם כן הוא מלא בחנקן. ברגע ששני התאים יהיו חנקן, אנחנו הולכים להעביר את כל הדגימות שלנו יחד עם פיפט.
אנחנו הולכים לקבל את היתד שלנו ופינצטה שנשתמש בה מאוחר יותר כדי להעביר את הדגימות. אז אנחנו הולכים ללבוש את הכפפות, לפתוח את התא כאן ולאט לאט ובזהירות להוציא את כל מה שיש לנו במנעול האוויר שלנו ולהניח אותו בתא הראשי. זו צלחת הפטרי עם המצע שלנו וצלחת הפטרי רק עם טולואן שנשתמש בה לשטיפה.
ה-pxi הקיים נארז תחת חנקן ואסור לפתוח את הבקבוק הזה אלא אם כן אתה נמצא בסביבה של חנקן. לפיכך, ברגע שאתה רוצה להוציא את הדגימה, אתה מחזיר אותה לתיק. אז אתה מוציא את הצילין שלך והריכוז שבו נשתמש הוא 2% בטולואן.
אז אתה מוציא, מכניס את זה לגבוה, אנחנו מערבבים את זה. ובכן גם תא וודא שהוא מעורבב היטב ואז תן לדגימה לדגור בטואין למשך שעתיים. אז עכשיו שעברו שעתיים, הדגימה שלנו הייתה ב-Pxi, אנחנו הולכים להוציא את הדגימה ולהעביר אותה לתמיסת טואין חדשה שם אנחנו הולכים לשטוף אותה לזמן קצר, לסובב אותה ולהעביר אותה לתא נעילת האוויר שלנו.
ברגע שהוא נמצא בתא נעילת האוויר שלנו, אנחנו פשוט הולכים לפתוח את התא שלנו ולהוציא את המשטח השונה שלנו החוצה ונוכל לנהוג באמצעות אקדח החנקן. אנו מניחים אותו שוב בצלחת פטרי נקייה ויבשה וניגשים ומכניסים לתנור בחום של מאה מעלות למשך שעתיים נוספות. אז עכשיו כשהדגימות נאפו בתנור בחום של מאה מעלות צלזיוס במשך שעתיים, אנחנו הולכים לקחת ולחבר את החוטים שלנו לאלקטרודות שהכנו.
אנו עושים זאת על ידי הכנת תערובת אחד לאחד של אפוקסי כסף וחומר ריפוי. אז זהו אפוקסי הכסף, ועכשיו אנו מוסיפים לתוכו את אותה כמות ריפוי. אנחנו רוצים לערבב את זה היטב, ואז ניקח את זה ונשתמש בו כדי לחבר את החוטים שלנו.
אז אנחנו מניחים את החוט שלנו על האלקטרודות שבהן אנחנו רוצים להשתמש ואז אנחנו מקודדים אותו. הלחמה לא עובדת על ITO, ולכן עלינו להשתמש באפוקסי כסף ובחומר הריפוי. ואז אנחנו אופים כך שכל חומר הריפוי שהשתמשנו בו קודם יוסר והוא יתקשה ונוכל להשתמש בו כאלקטרודה.
אז עכשיו, כשאנחנו מסיימים שני שלבים, אנחנו הולכים להתחיל את השלב השלישי של ניסוי, שהוא ביצוע החלק האלקטרוכימי. כדי לעשות זאת, ניקח דגימה ונניח אותה בתא האלקטרוכימי שלנו. לאחר שהכנסנו אותו לתא האלקטרוכימי שלנו, אנו פשוט נניח עליו טבעת O.
זה הולך לבודד את האזור שבו האלקטרוכימיה עומדת להתרחש, ואז אנחנו פשוט הולכים לאטום את התא. אז הנחתי את הדגימה שלי עם החוט שלי מחובר בתא האלקטרוכימי. עכשיו אני מוכן להשתמש בסטטיסטיקה הפוטנציאלית כדי להפעיל את המתח.
אז החוט הלבן, אני הולך לחבר אותו ממש כאן לאלקטרודה הייחוס, האדומה, האלקטרודה הנגדית, ולבסוף הירוקה שאני הולך לחבר לאלקטרודה העובדת שלנו. ברגע שכל האלקטרודות הללו מחוברות, אני פשוט הולך להוסיף תמיסה אחת של מי מלח פוספט פוספט או PBS לאלקטרוכימיה עצמה. עכשיו רק כדי להבהיר את זה, הדרך שבה זה הולך לעבוד היא שכל המשטח נכון לעכשיו, שונה עם pxi.
אז כל האלקטרודות, כולל אזורי הזכוכית שמסביב, משתנות עם pxi. ברגע שאני מפעיל את המתח בכל מקום, היכן ש-ITO קיים, שהם עיצובי האלקטרודות שיצרנו, אי היתדות יירד רק מהמשטח הזה ושום דבר לא הולך להיות מושפע באזורים שמסביב. לפיכך, אנו מסירים באופן סלקטיבי את אי היתד מהמצע שלנו.
אז עכשיו אני הולך ללחוץ על הפעל וזה יתחיל ויפעיל מתח שלילי של 1.4 וולט על האלקטרודה העובדת שלנו. כאשר מפעילים את המתח, יש שינוי בצבע שניתן לראות על האלקטרודות. זה משתנה מהגוון הכחול-ירקרק השקוף שהיה לנו לחום.
אנו חושדים שעשויה להתרחש תגובת חמצון באלקטרודות שגורמת להן להשחים. זהו גם אחד האינדיקטורים לכך שה- pxi מפני השטח אכן הופשט מפני השטח. ושוב, בכל מקום שאתה רואה חום, משם הוסר אי היתדות.
ובאזורי הזכוכית שמסביב עדיין מורכב PXI. אז אנחנו מפעילים מתח שלילי של 1.4 וואט למשך 60 שניות. זה נותן מספיק זמן להסיר את כל ה- pxi שהיו על האלקטרודות.
אנו יכולים להשתמש בשיטה זו גם כדי להפשיט אלקטרודות המטופלות בנפרד. במקרה הזה, היו שלוש שורות של עיגולים שהולכים להיות מופשטים. אנו יכולים לבחור מה, אילו אנו רוצים להפשיט באמצעות כל שלוש האלקטרודות השונות.
אז עכשיו סיימנו בהצלחה את החלק השלישי של האלקטרוכימיה שלנו שבו הסרנו את השתקת ה-PG באופן סלקטיבי מאלקטרודות ה-ITO שלנו. שטפתי אותו בקצרה, שטפתי אותו במי PBS ו-DI, הסרתי את החוט והנחתי את הדגימות בשש צלחות באר רגילות בלבד. עכשיו נמשיך הלאה ונתרבת תאים על האלקטרודות הללו.
אז עכשיו אנחנו בחדר תרביות הרקמה. לשלב האחרון של הניסוי, נשתמש היום בפיברובלסטים, שלושה T שלושה תאים. הריכוז שבו אנו משתמשים כדי לזרוע את התאים הוא בין 0.5 ל-1.5 מיליון תאים למיל.
אחרי שזרענו את התאים, אנו נותנים לתאים להיכנס לדגימה שלנו למשך כ-20 דקות. זה יאפשר לו מספיק זמן לחבר אותו לאזורים המופשטים. אז נמקם אותו בחממה.
אז עכשיו עברו 20 דקות ואנחנו מוכנים להסתכל על התאים שעוצבו על האזורים המופשטים של ITO, האזורים החומים שראינו קודם, והם נקשרים רק באופן ספציפי לאזורים האלה ולא יתחברו לשום מקום מחוץ לאזורים האלה. כאן אתה יכול לראות שהאזורים החומים היו אזורי ITO שהופשטו מ-pxi. על ידי שימוש באלקטרוכימיה, התאים נצמדו רק לאזורים החומים האלה ולא לאזורי הזכוכית שמסביב.
בפריים השני הזה, שוב, אנו רואים סלץ מתחבר לאזורים המופשטים. אלה האזורים החומים, אבל מעל האזורים החומים האלה בקושי ניתן לראות ועיצוב ITO PEG לא הופשט מעיצוב ITO זה, ולכן לא הוצמדו אליו תאים. אוקיי, אז זהו.
סיימנו עם הפרוטוקול ולתאים יש דפוס על האלקטרודות של ITO וזה בדיוק מה שרצינו. זה עתה הראיתי לך את השליטה בהידבקות התאים על אלקטרודות אינדיום 10 תחמוצת שקופות אופטית מפוברקות מיקרו. היום הראיתי לכם כיצד לעצב שלושה פיברובלסטים על האלקטרודות הללו.
השתמשנו באותו הליך גם כדי לעצב תאי Hep G דו-תאיים, תאי לוויין ותאים ראשוניים של חולדות. טכניקות דפוס התאים הנוכחיות מאפשרות רק הרכבה של שני סוגי תאים על פני השטח. הגמישות של טכניקה זו תאפשר הרכבה של סוגי תאים מרובים על פני השטח המבודדים מרחבית בעתיד.
אנו מתכננים להשתמש בטכניקה זו כדי לבודד מרחבית שלושה סוגים שונים של תאי כבד על מצע ITO על מנת לחקות את המיקרו-סביבה in vivo. על ידי כך, אנו יכולים לבודד מרחבית תאים לא בשלים או תאי גזע יחד עם תאים בוגרים ותאים תומכים. זה ייצור סביבה מאלפת לתאים הלא בשלים לגדול ולהתמיין.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
סקירה כללית
מחקר זה בוחן את השחרור של מונו-שכבות סיליין PEG ללא זיהום מאלקטרודות ITO כדי לאפשר הידבקות תאים באופן מבוקר. על ידי הפעלת פוטנציאל מצמצם, שכבת ה-PEG-סיליין מוסרת, מה שמאפשר תבנית תאים מדויקת שמתאימה לעיצוב האלקטרודות.
רכיבי מחקר עיקריים
תחום המדע
- הנדסה ביו-רפואית
- הנדסת רקמות
- תבניות תאים
רקע
- יצירת מיקרו-סביבה in vitro היא קריטית להנדסת רקמות.
- שליטה מרחבית זמנית במיקום התאים חיונית לחיקוי מבני איברים.
- אלקטרודות חמצן-אינדיום (ITO) מספקות פלטפורמה לשליטה כזו.
- מונו-שכבות סיליין PEG יכולות למנוע הידבקות תאים לא רצויה.
מטרת המחקר
- לפתח שיטה להידבקות תאים מוגדרת מרחבית על אלקטרודות ITO.
- לחקור את ההשפעות של הסרה אלקטרוכימית על תבניות תאים.
- לשפר יישומי הנדסת רקמות באמצעות סביבות תאיות מבוקרות.
שיטות ששימשו
- יישום פוטנציאל מצמצם להשחרר סיליין PEG מאלקטרודות ITO.
- טכניקות אלקטרוכימיות למניפולציה של תכונות פני השטח.
- שיטות תרבית תאים להערכת הידבקות ותבניות.
- מיקרוסקופיה לחזות סידורים תאיים.
תוצאות עיקריות
- השחרור המוצלח של סיליין PEG הוביל להידבקות תאים משופרת.
- תבניות תאיות התאימו בקרבה לעיצובי האלקטרודות הבסיסיים.
- הוכח שהשליטה האלקטרוכימית יעילה להצבת תאים מוגדרת מרחבית.
- שיטה זו מראה הבטחה ליישומים עתידיים של הנדסת רקמות.
מסקנות
- הסרה אלקטרוכימית של סיליין PEG היא טכניקה קיימא לשליטה בהידבקות תאים.
- ניתן להשיג תבניות תאיות מוגדרות מרחבית באמצעות אלקטרודות ITO.
- גישה זו עשויה לקדם את תחום הנדסת הרקמות באופן משמעותי.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
This method enables precise spatial and temporal control of cell adhesion on optically transparent ITO electrodes, supporting the assembly of multi-cellular constructs for in vitro tissue models. By electrochemically switching surface properties from non-adhesive to adhesive, it provides a scalable approach to engineer defined cellular microenvironments. This capability advances target validation and phenotypic screening in early discovery by improving the physiological relevance of cell-based assays.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through spatially isolated cell patterning on conductive substrates.
- Operational Value: Supports functional target validation by isolating specific cell types to assess pathway activity in a controlled microenvironment.
- Predictive Value: Enhances predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in co-culture systems through precise spatial control.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems with addressable electrode sites for downstream compound screening.
- Operational Value: Ensures assay standardization and reproducibility via electrochemical control of surface adhesion properties.
- Scalability: Facilitates platform reuse through reversible surface modification and selective cell attachment to patterned regions.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Supports disease-relevant systems by enabling assembly of three or more cell types in precise geometric configurations.
- Mechanistic De-risking: Allows spatial isolation of immature and mature cell types to study differentiation and niche interactions.
- Preclinical Model: Improves risk-adjusted advancement decisions by creating instructive environments that mimic in vivo microenvironments.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early hypothesis testing through lead identification to preclinical validation by providing a tunable interface for cellular organization.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by enabling spatially defined co-cultures of liver cell types.
- Screening: Delivers assay readiness and quantitative outputs through optically transparent, addressable electrode arrays compatible with microscopy.
- Analytics: Enables comparison of cellular responses via localized electrochemical stimulation and patterned readouts.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by allowing geometric assembly of multiple cell types to model tissue architecture.
- Enterprise Reuse: Functions as a reversible, adaptable platform for repeated use across different cell types and experimental conditions.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence through reduced biological noise and enhanced target validation in multi-cellular systems.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability via electrochemical switching and surface regeneration.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk through improved model fidelity.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization and advancement decisions based on physiologically relevant cellular responses.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfabrication, surface chemistry, and electrochemical cell culture techniques.
- Depends on access to cleanroom facilities, potentiostats, and microscopy for patterning and validation.
- Necessitates cross-team standardization of PEG silane incubation, stripping protocols, and cell seeding procedures.
- Involves adaptation considerations when extending to primary cells or 3D constructs beyond fibroblast and hepatocyte models.
- Practical limitations include PEG layer stability under prolonged culture and potential fouling from serum proteins during incubation.
