February 26th, 2017
דוח זה מתאר טכניקה פשוטה וקלה לביצוע, תוך שימוש בוואקום בלחץ נמוך, למילוי תעלות מיקרופלואידיות בתאים ומצעים למחקר ביולוגי.
המטרה הכוללת של הליך זה היא לעצב תאים או מצעים על ידי הפצתם למיקרו-ערוצים מורכבים, ארוכים וסגורים באמצעות כלים פשוטים הזמינים ברוב המעבדות הביולוגיות. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום הביולוגיה בנוגע לאינטראקציות בין תא לתא ותא לחלבון. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא קלה לביצוע והיא דורשת רק כלים הזמינים ברוב המעבדות הביולוגיות.
בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו יתקשו מכיוון שהיא דורשת אופטימיזציה של תנאי הדגירה עבור התאים והמצעים שנבחרו על ידי החוקר. הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית, שכן המיקום הנכון של חותמת ה-PDMS והתמיסה משפר משמעותית את יכולת השחזור של הניסוי. התחל בשרטוט הפריסה של המיקרו-ערוץ באמצעות כלי ציור CAD.
לאחר מכן, הדפס את הציור על נייר לבן. לאחר מכן, השתמש באיזופרופנול כדי לנקות מגלשת זכוכית גדולה מספיק כדי להכיל את העיצוב. ואז יבש את המגלשה בעזרת אקדח אוויר.
חבר סרט דבק למגלשת הזכוכית המנקה, הקפד לא ללכוד בועות אוויר. לאחר מכן, הדביקו את דפנות מגלשת הזכוכית על הנייר עם העיצוב, כך שצד הקלטת פונה כלפי מעלה. השתמש באזמל כדי לחתוך את הסרט על שקופית הזכוכית, תוך שימוש בעיצוב הנייר כהפניה.
לאחר החיתוך, קלף את הסרט מהאזורים הלא רצויים של מגלשת הזכוכית. לאחר מכן, שטפו את שקופית הזכוכית עם איזופרופנול כדי להסיר שאריות דבק. ואז השתמש באקדח אוויר כדי לייבש את המשטח.
לאחר התבנית והניקוי, אופים את שקופית הזכוכית בתנור בחום של 65 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. לאחר מכן, גלגלו בעדינות את הסרט בעזרת גלגלת גומי, כדי להסיר בועות אוויר ולאפשר לשקופית להתקרר לטמפרטורת החדר בצלחת פטרי. התחל בערבוב 10 חלקים של אלסטומר PDMS עם חלק אחד מחומר הריפוי שלו וערבב את התערובת במרץ.
לאחר מכן, הכניסו את התערובת לתא ואקום כדי לנקות את התערובת עד שלא יישארו בועות אוויר. יוצקים שכבה בעובי 2 מ"מ מהתערובת על תבנית סרט ההדבקה, ומסירים את הגז מהתבנית עד שכל בועות האוויר נעלמות. לאחר הקירור, השתמש באזמל כדי לחתוך את שכבת ה-PDMS במרחק של לפחות 5 מ"מ מהתכונות.
ואז, מקלפים את ה-PDMS הנרפא מהתבנית בעזרת פינצטה. אגרוף חור כניסה יחיד עם אגרוף ביופסיה של 1 מ"מ, רצוי בקצה רשת של מיקרו-ערוצים. לאחר מכן, נקה את יציקת ה-PDMS עם סרט דבק, כדי להסיר חלקיקי אבק מהמכשיר.
עקר את מכשיר המיקרו-ערוץ PDMS על ידי שטיפתו בתמיסה של 70% אטנול, ולאחר מכן מים סטריליים נטולי יונים, וחשוף אותו לאור UV למשך 30 דקות. השתמש בפינצטה כדי להניח את יציקת ה-PDMS הסטרילית על משטח כיסוי זכוכית סטרילי, והפעל לחץ עדין באמצעות קצה הפינצטה. לאחר מכן, הנח טיפה של פולי d ליזין במאגר נתרן טטרבוראט על כניסת המיקרו-ערוצים.
מניחים את צלחת הפטרי תחת ואקום למשך 10 דקות. במהלך תקופה זו, צפו באוויר היוצא מהתעלה בצורה של בועות. שחרר את הוואקום והתבונן בתמיסת המצע הזורמת לתוך המיקרו-ערוץ דגרו את המנה בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס למשך שעה.
לאחר מכן, קלפו בזהירות את חותמת ה-PDMS בעזרת פינצטה סטרילית, ושטפו את התבנית שלוש פעמים במים נטולי יונים. הוסף תמיסת BSA של 1% לכיסוי הזכוכית, כדי להפחית הידבקות לא ספציפית, ודגירה על הדגימה למשך הלילה ב-37 מעלות צלזיוס. למחרת, שאפו את תמיסת ה-BSA.
כדי להתחיל את הדפוס העקיף של תאים, הכן תרחיף תאים במדיום תרבית חופשי בסרום כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה. הוסף את תרחיף התא לצלחת הפטרי המעוצבת, והטביע לחלוטין את האזור המעוצב בתרחיף התא. לאחר מכן, דגרו את צלחת הפטרי בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס באינקובטור למשך 15 דקות כדי לאפשר לתאים להיצמד למצע המעוצב.
לאחר הדגירה, שאפו את תרחיף התאים העודפים מצלחת הפטרי ושטפו את התאים המעוצבים שלוש פעמים עם PBS, תוך ניעור עדין במשך עשר שניות כדי להסיר את התאים הלא מחוברים. לאחר מכן, הוסף את מדיום התרבית המתאים לתרביות התאים המעוצבות, ודגר את התאים המעוצבים ב-37 מעלות צלזיוס בחממה עם פחמן דו חמצני. לדפוס ישיר של תאים, ראשית, יש לעקר את המכשיר המיקרופלואידי על ידי שטיפתו בתמיסה של 70% אתנול ואחריה מים נטולי יונים.
לאחר מכן, יש להשרות את המכשיר למשך הלילה בתמיסה של 1% BSA כדי למנוע הידבקות תאים לא ספציפית ל-PDMS. יבש את המכשיר בטמפרטורת החדר ואז חבר אותו לתחתית צלחת הפטרי שטופלה בתרבית רקמות. הניחו 4 עד 8 מיקרוליטר של מתלה התאים, מספיק כדי למלא את המיקרו-תעלות, על הכניסה, ומכסים לחלוטין את החור.
לאחר מכן, הכניסו את צלחת הפטרי לתא ואקום למשך 10 דקות. שחרר את הוואקום והתבונן בתרחיף התאים הזורם לתוך המיקרו-ערוץ. דגרו את צלחת הפטרי בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס באינקובטור עם פחמן דו חמצני, עד שעה.
לאחר מכן, הוציאו את המנה מהחממה והשתמשו בפינצטה כדי לקלף בזהירות את ה-PDMS מהמנה. שטפו את התבנית עם PBS, ולאחר מכן הוסיפו מצע תרבית תאים לצלחת הפטרי. בסיום, הכניסו את התאים בחזרה לאינקובטור.
מוצגים כאן נוירונים בקליפת המוח של חולדות עובריות המעוצבים על משטחי פולי d ליזין ולמינין. מיקום התאים מדגים היצמדות כללית לאזורים המעוצבים וצמיחה לאורך פסי ה-PDL והלמינין. מוצגים כאן, בהגדלה גבוהה יותר, מיובלסטים C2C12.
סוג תא זה נצמד גם לאזורים המעוצבים ומדגים היתוך לתוך צינורות שריר מרובי גרעינים. הטכניקה הזו הותאמה גם לדפוס תאים ישיר, שמוצג כאן עם פיברובלסטים. לשיטת דפוס תאים ישירה זו אין השפעה שלילית על הישרדות התאים.
בעקבות הליך זה, ניתן לבצע שיטות אחרות כמו מיקרוסקופיה פלואורסצנטית על מנת לענות על שאלות נוספות הכוללות לוקליזציה של חלבון או אינטראקציות תא-מצע. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור שמיקום נכון של טיפת התאים או תמיסת המצע כדי לכסות את כל השיבוץ הוא קריטי להצלחה. לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום מדעי המוח לחקור הנחיית אקסון קולטני אור בביולוגיה של הרשתית.
לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לעצב תאים ומצע עם התקנים מיקרופלואידיים PDMS חדירים לגז באמצעות לחץ שלילי. תודה על הצפייה ובהצלחה בניסוי שלך.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
הדו"ח הזה מתאר טכניקה פשוטה וקלה לביצוע, המשתמשת בשאיבת לחץ נמוך, למילוי ערוצי מיקרו-נוזלים עם תאים ומצעים למחקר ביולוגי. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מרכזיות בתחום הביולוגיה בנוגע לאינטראקציות תא-לתא ותא-לחלבון.
This method enables precise spatial control of proteins and cells in complex microfluidic geometries using accessible laboratory tools, supporting mechanistic studies of cell-substrate and cell-cell interactions. By eliminating the need for specialized equipment or exotic materials, it lowers technical barriers for target validation and assay development in early discovery. The approach enhances predictive confidence in phenotypic screening by enabling reproducible, disease-relevant microenvironments for mechanistic de-risking.
The method fits within the discovery continuum from target hypothesis testing through lead identification, enabling mechanistic interrogation before compound screening.