Name: הפיתוח של יישומים טיפולית חדשה באמצעות מיקרופלואידיקה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-10-01T15:33:39.000+00:00
Duration: 8 min 56 s
Description: חקור את הפיזיולוגיה של תאי דם במצבי דלקת באמצעות הנדסה ביורפואית. למד כיצד תאי הדם מווסתים את תגובת החיסון הטבעית מבלי לשנות את מצבם הפיזיולוגי.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

למחברים אין הצהרות על ניגודי עניינים.

הפיתוח של יישומים טיפולית חדשה באמצעות מיקרופלואידיקה

Development of New Therapeutic Applications Using Microfluidics

שמי הוא Mamed Toner. אני בעל הכשרה במכניקה באופן מקורי, ולאחר מכן בהנדסה ומדעים ביו-רפואיים. אני חבר סגל בבית החולים הכללי של מסצ'וסטס, בבית הספר לרפואה של הרווארד, ובחטיבת מדעי הבריאות והטכנולוגיה של הרווארד ו-MIT, שם אני חוקר יישומים שונים של הנדסה ביו-רפואית ברפואה, החל מאיתור תאים נפוצים בדם שניתן לזהות במהירות, ועד לשינוי הפיזיולוגיה שלהם כדי להבין את הפיזיולוגיה של תאים אלו במצב מחלה, למשל בדלקת, בכוויות או במטופל פצוע.בניסיון להבין את תגובת מערכת החיסון המולדת ולהבין כיצד תאי דם מווסתים את התגובה הדלקתית במקרים מסוג זה, ובבחינת הגנומיקה והפרוטאומיקה שלהם. בדוגמאות מסוג זה, הדבר שתרצו לעשות הוא למצוא את התאים הללו מבלי לשנות את הפיזיולוגיה שלהם ואת רמות הביטוי שלהם וכן הלאה. לפיכך, מה שאתם חוקרים הוא הפיזיולוגיה הטבעית של הבעיה הבסיסית ולא תוצר לוואי (artifact) של הטיפול בתאים.יישומים נוספים יהיו מכשירים מסוג נקודת טיפול (point of care), כגון שבבים לבריאות גלובלית שיוכלו למדוד תאים רלוונטיים שיקבעו את תחילת הטיפול, למשל את רמת הלימפוציטים החיוביים ל-CD4. לכן, אנו פועלים לפיתוח שבבים שיוכלו לאתר ולספור תאים חיוביים ל-CD4 באמצעות טכנולוגיית שבבים מיקרופלואידיים, ויישומים מורכבים יותר יהיו במה שאנו מכנים זיהוי תאים נדירים. ברפואה, ובמיוחד ברפואה קלינית, אנו עוסקים בדרך כלל בתאים נפוצים ומנסים להבין את הפיזיולוגיה של המטופל בהתבסס על תאים אלה.אך במציאות, תהליכים פיזיולוגיים או פתופיזיולוגיים רבים נשלטים על ידי תאים נדירים הרבה יותר, כגון תאי דנדריטים, תאי גזע ותאים רגולטוריים, או במקרה של סרטן, תאי גידול במחזור הדם. לפיכך, יש לנו עניין במציאת תאים נדירים שבעצם קובעים את התגובה לטיפולים שונים וכן עשויים לשמש כאמצעי אבחון. זהו היבט רחב מאוד של שימוש במיקרופלואידיקה והצבת תאים על שבבים עבור מספר יישומים אבחנתיים וטיפוליים.מחקרים מוקדמים במיקרופלואידיקה התמקדו בעיקר בבנייה, תוך ניצול הכלים של טכנולוגיות מיקרו-מערכות שפותחו עבור יישומים מסוג מעגלים משולבים, והחלת מערכות ממוזערות על קונספטים מסוג "מעבדה על שבב" (lab-on-a-chip), שבהם פיתחו מערכות למיקרו-פלווציטומטריה, מערכות למיקרו-אלקטרופורזה ומערכות למיקרו-כרומטוגרפיה. ממחקרי מיזעור אלו למדנו רבות על האופן שבו ניתן לשלב מערכות ביולוגיות עם מיקרו-מערכות. מה שהיה חסר בתחום עד כה הם יישומים מרכזיים, יישומים מוצלחים שאותם אנו מכנים "להיטי רב-מכירה" או יישומים בעלי השפעה קלינית משמעותית של טכנולוגיות אלו.לכן המעבדות שלנו, במיוחד בהיותנו בבית חולים מחקרי מרכזי, מתמקדות בבחינת יישומים משמעותיים ומאפשרים של טכנולוגיות אלו, ובמציאת תחומים שבהם נוכל לפתור בעיות שלא ניתן היה לפתור בדרך אחרת. לדוגמה, במקרה של AIDS עבור יישום לבריאות גלובלית, שבב זול מאוד שניתן להשתמש בו כדי לזהות ולספור לימפוציטים חיוביים מתוך דם שלם, מדגירת דם מהאצבע, ובעל מאפיינים של בדיקה בנקודת הטיפול (point of care). במידה וטכנולוגיה זו תצליח, היא תשמש מיליוני אנשים.לכן, ייצור הדברים הללו, הגדלת קנה המידה שלהם ושימוש בהם ביישומים בעלי השפעה גבוהה הם המקומות שבהם מיקדנו את תשומת לבנו, כמו שששמו רבים אחרים בתחום לאחרונה. אך שם אני צופה שיהיו התקדמויות משמעותיות בתחום, במציאת יישומים בעלי ערך של טכנולוגיות אלו ברפואה קלינית ובמדעי הביולוגיה. אותם כלים נחקרים גם בדרכים חכירות מאוד כדי להתמודד עם תהליכים ביולוגיים בסיסיים, כגון חקירת אינטראקציות בין תאים, חקירת האופן שבו תאים מגיבים לרמזים סביבתיים, ובקרה מדויקת מאוד על המיקרו-סביבה של תאים ורקמות; דברים שניתן להשתמש בהם כדי להבין את התהליכים הבסיסיים המווסתים את התגובה הביולוגית. היישומים של תפיסות אלו, כגון רכיבים דמויי "ספרייה חיה" שעליהם אנו עובדים, יאפשרו סימון של שיבוטים של תאים שידווחו על גנים שונים, אותם ניתן יהיה להכניס לרשת מיקרופלואידית מורכבת מאוד ולחשוף אותם לאלפי תנאים שונים בניסוי אחד.ניתן לנטר בזמן אמת את הביטוי הגני של תאים אלו המסומנים ב-spec, כאשר שיבוטים שונים מסומנים בגנים שונים. סוגיה קריטית, ואחת הסוגיות הגדולות ביותר בתחום לדעתי, היא כיצד לתרגם את הממצאים של המדע הבסיסי או את הטכנולוגיות המרתקות הללו, כביכול, לטיפולים חדשים או ליישומים ביולוגיים משמעותיים; זהו תחום רב-תחומי מאוד.אתם זקוקים למהנדסים, לפיזיקאים, לביולוגים, לנוירוביולוגים, בהתאם ליישומים. לכן, גישור בין הדיסציפלינות היה, לדעתי, אחד הנושאים המרכזיים ביותר. מרבית התגליות המוקדמות בוצעו על ידי מהנדסים ופיזיקאים ללא הכשרה מספקת או הבנה של הבעיות הביולוגיות.אך לאחרונה ביולוגים מגלים גם הם כי הפערים המרגשים הללו בין הדיסציפלינות השונות מצטמצמים באופן משמעותי בשנים האחרונות, וזאת בשל העניין הן מהצד הביולוגי והן מצד קבוצות רב-תחומיות, כגון הקבוצה שלנו, שבוחנות את היישומים של כלים אלו ברפואה קלינית ובביולוגיה. לדעתי, היבט רב-תחומי זה הוא אחד הנושאים המרכזיים המשפיעים על יישומם המעשי של רעיונות אלו. הנושא השני הוא הגשר שבין האקדמיה לתעשייה.רבים מהרעיונות הללו נוצרים באקדמיה, אך הם מורכבים מאוד וכוללים תאים, תהליכים ביולוגיים מורכבים וכן סוגיות מורכבות של הנדסה, ייצור ואריזה. לכן, התרגום למסחור של טכנולוגיות אלו הוא נושא הדורש תשומת לב רבה. חלק מהנטל הזה מונח על כתפי התעשייה.הדרך להוביל פריצות דרך בסיסיות בתעשייה אינה תהליך פשוט, במיוחד כאשר הדבר כולל מחקרים קליניים ודגימות ביולוגיות. לפיכך, שני הנושאים הללו – האופי הרב-תחומי של התחום והמעבר מאקדמיה לתעשייה – עשויים להיות שני המכשולים המרכזיים שעלינו להתגבר עליהם בשנים הבאות. עם זאת, ישנן קבוצות רבות העובדות על סוגיות אלו, ואני צופה עתיד מרגש ליישומים של מה שאני מכנה "טכנולוגיות זעירות", טכנולוגיות מיקרו וננו ברפואה ובביולוגיה.

development-of-new-therapeutic-applications-using-microfluidics

Research

JoVE Journal

Biology

ביולוגיה

אנו מדגימים פרוטוקולים לייצור מיכון אלסטומרי polydimethylsiloxane (PDMS) מבוססי מערכים microvalve כי אין צורך אנרגיה נוספת כדי לסגור תכונה כרכים מדויק מוגדר photolithographically. מיקסר במקביל subnanoliter נפח ומערכת משולבת זלוף microfluidic מוצגים.

שבבי microfluidic מבוקרת עם מערכים Microvalve אלסטומרי

בראיון זה, ד"ר Klapperich דן תרמופלסטיים ייצור של מכשירים microfluidic ויישומם לפיתוח של כלי אבחון חדשים.

יישומים Microfluidic עבור אבחון פנויה

מכשירי Millifluidic מנוצלים לסינתזה מבוקרת של ננו, ניתוח של מנגנוני תגובה וזרימת קטליזה המתמשכת זמן נפתר.

Millifluidics לסינתזה כימית וזמן נפתר מכניסטית לימודים

פלטפורמת microchannels-on-a-chip פותחה על ידי שילוב של טכניקת photolithographic reflowable photoresist, ליטוגרפיה הרכה, ומיקרופלואידיקה. פלטפורמת microchannels endothelialized מחקה את הגיאומטריה (3D) תלת ממדית של in vivo microvessels, פועלת תחת זרימת זלוף רציפה מבוקרת, מאפשרת הדמיה באיכות גבוהה ובזמן אמת, ויכולה להיות מיושמת למחקר כלי הדם.

הליך הפיתוח של Multi-עגול עומק חתך Endothelialized microchannels-on-a-chip

כאן אנו מציגים פרוטוקול כדי לעצב והרכיבו מכשירים מיקרופלואידים מותאמים אישית עם השקעה פיננסית וזמן מינימלי. המטרה היא להקל על אימוץ טכנולוגיות microflu, מעבדות מחקר ביו והגדרות חינוכיות.

ייצור מהיר של התקני מיקרופלואידיג מותאמים אישית למחקר וליישומים חינוכיים

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.

יצירת תנאי סביבה דינמיים באמצעות מכשיר מיקרופלואידי בעל תפוקה גבוהה

פרוטוקול לתרבות ומניפולציה של רקמת עובר עכבר על שבב microfluidic מסופק. על ידי החלת פולסים של אפננים מסלול, מערכת זו יכולה לשמש כדי לשלוט חיצונית תנודות איתות לחקירה פונקציונלית של סמיטוגנזה עכבר.

גישה מיקרופלואידיקה לחקירה פונקציונלית של איתות תנודות השולטות בסמיטוגנזה

מטרת פרוטוקול זה היא להסביר ולהדגים את התפתחותו של מודל מיקרופלואידי תלת מימדי (3D) של רקמת לב אנושית מיושרת מאוד, המורכבת מקרדיומיוציטים שמקורם בתאי גזע במשותף עם פיברובלסטים לבביים (CFs) בתוך הידרוג'ל ביומימטי, מבוסס קולגן, ליישומים בהנדסת רקמת לב, הקרנת תרופות ומידול מחלות.

פיתוח רקמת לב אנושית מאורגנת תלת מימדית בתוך פלטפורמה מיקרופלואידית

הייצור של התקן דו-שכבתי מבוסס פולידימתילסילוקסאן (PDMS) לייצור ספריות קומבינטוריות בתחליבים של מים בשמן (תקעים) מוצג כאן. החומרה והתוכנה הדרושים לאוטומציה של ייצור תקעים מפורטים בפרוטוקול, ומודגם גם ייצור ספרייה כמותית של תקעים פלואורסצנטיים.

התקן מיקרופלואידי דו-שכבתי לייצור תקע קומבינטורי

פרוטוקול זה מפרט את התכנון והייצור של מכשיר מיקרופלואידי, המתאים לחקירת מכניקת פולימרים מיקרו-צינוריים. הסינתזה של מיקרו-ייצור, בקרת זרימה אוטומטית וטכניקות מידול חישוביות מאפשרת מערכת גמישה המתאימה באופן אידיאלי לחקירת השלד התאי במבחנה.

פיתוח גישה מבוססת מיקרופלואידיקה לחקר מכניקת פולימרים מיקרו-צינוריים

חקור את הפיזיולוגיה של תאי דם במצבי דלקת באמצעות הנדסה ביורפואית. למד כיצד תאי הדם מווסתים את תגובת החיסון הטבעית מבלי לשנות את מצבם הפיזיולוגי.

הפיתוח של יישומים טיפולית חדשה באמצעות מיקרופלואידיקה

גלה סרטונים נוספים