Name: תבניות תאים באמצעות אסטרטגיית ארכימדס מגנטי (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-02-02T14:30:00.000+00:00
Duration: 5 min 9 s
Description: למד שיטת תבניות תאים גמישה וזולה המבוססת על אפקט ארכימדס מגנטי ללא דיו וללא תוויות. השיטה מאפשרת תבניות בקנה מידה גבוה ומתאימה למחקר ביורפואי במעבדות רבות.

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

מחקר זה נתמך כספית על ידי תוכנית המו"פ הלאומית של סין (2021YFA1101100), הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (32000971), קרנות המחקר הבסיסיות לאוניברסיטאות המרכזיות (מס '2021FZZX001-42), וקרן המדע של ליל כוכבים של אוניברסיטת ג'ג'יאנג מכון שנגחאי ללימודים מתקדמים (מענק מס '. SN-ZJU-SIAS-004).

שיטה חדשנית לתבניות תאים מגנטית-ארכימדס מגנטית, נטולת תוויות וללא דיו

<ol><li>Christian, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+cell+adhesion+using+hydrogel+patterning+techniques+for+applications+in+traction+force+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Control of cell adhesion using hydrogel patterning techniques for applications in traction force microscopy.</a> J Vis Exp. 179, e63121(2022).</li>
<li>Abbas, Y., Turco, M. Y., Burton, G. J., Moffett, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+human+trophoblast+invasion+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Hum+Reprod+Update%22%5BJournal%5D)">Investigation of human trophoblast invasion in vitro.</a> Hum Reprod Update. 26 (4), 501-513 (2020).</li>
<li>Park, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulation+of+heterotypic+and+homotypic+cell-cell+interactions+via+zwitterionic+lipid+masks%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Healthc+Mater%22%5BJournal%5D)">Modulation of heterotypic and homotypic cell-cell interactions via zwitterionic lipid masks.</a> Adv Healthc Mater. 6 (15), 1700063(2017).</li>
<li>Ren, T., Chen, P., Gu, L., Ogut, M. G., Demirci, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+ring-shaped+cellu-robots+with+simultaneous+locomotion+in+batches%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Soft ring-shaped cellu-robots with simultaneous locomotion in batches.</a> Adv Mater. 32 (8), e1905713(2020).</li>
<li>Ren, T., Steiger, W., Chen, P., Ovsianikov, A., Demirci, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancing+cell+packing+in+buckyballs+by+acoustofluidic+activation%5BTitle%5D)+AND+%22Biofabrication%22%5BJournal%5D)">Enhancing cell packing in buckyballs by acoustofluidic activation.</a> Biofabrication. 12 (2), 025033(2020).</li>
<li>Ge, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+levitation+in+chemistry%2C+materials+science%2C+and+biochemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed+Engl%22%5BJournal%5D)">Magnetic levitation in chemistry, materials science, and biochemistry.</a> Angew Chem Int Ed Engl. 59 (41), 17810-17855 (2020).</li>
<li>Puluca, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Levitating+cells+to+sort+the+fit+and+the+fat%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Biosyst%22%5BJournal%5D)">Levitating cells to sort the fit and the fat.</a> Adv Biosyst. 4 (6), e1900300(2020).</li>
<li>Ren, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Programing+cell+assembly+via+ink-free%2C+label-free+magneto-archimedes+based+strategy%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Programing cell assembly via ink-free, label-free magneto-archimedes based strategy.</a> ACS Nano. 17 (13), 12072-12086 (2023).</li>
<li>Li, Y. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Programmable+laser-assisted+surface+microfabrication+on+a+poly%28vinyl+alcohol%29-coated+glass+chip+with+self-changing+cell+adhesivity+for+heterotypic+cell+patterning%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Programmable laser-assisted surface microfabrication on a poly(vinyl alcohol)-coated glass chip with self-changing cell adhesivity for heterotypic cell patterning.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 7 (40), 22322-22332 (2015).</li>
<li>Chliara, M. A., Elezoglou, S., Zergioti, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioprinting+on+organ-on-chip%3A+Development+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Biosensors+%28Basel%29%22%5BJournal%5D)">Bioprinting on organ-on-chip: Development and applications.</a> Biosensors (Basel). 12 (12), 1135(2022).</li>
<li>Moncal, K. K., Yaman, S., Durmus, N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Levitational+3D+bioassembly+and+density-based+spatial+coding+of+levitoids%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Funct+Mater%22%5BJournal%5D)">Levitational 3D bioassembly and density-based spatial coding of levitoids.</a> Adv Funct Mater. 32 (50), 2204092(2022).</li>
<li>Parfenov, V. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+levitational+bioassembly+of+3D+tissue+construct+in+space%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Adv%22%5BJournal%5D)">Magnetic levitational bioassembly of 3D tissue construct in space.</a> Sci Adv. 6 (29), eaba4174(2020).</li>
<li>Dell, A. C., Wagner, G., Own, J., Geibel, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+bioprinting+using+hydrogels%3A+Cell+inks+and+tissue+engineering+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmaceutics%22%5BJournal%5D)">3D bioprinting using hydrogels: Cell inks and tissue engineering applications.</a> Pharmaceutics. 14 (12), 2596(2022).</li>
<li>Ino, K., Ito, A., Honda, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+patterning+using+magnetite+nanoparticles+and+magnetic+force%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol+Bioeng%22%5BJournal%5D)">Cell patterning using magnetite nanoparticles and magnetic force.</a> Biotechnol Bioeng. 97 (5), 1309-1317 (2007).</li>
<li>Okochi, M., Matsumura, T., Honda, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+force-based+cell+patterning+for+evaluation+of+the+effect+of+stromal+fibroblasts+on+invasive+capacity+in+3d+cultures%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectron%22%5BJournal%5D)">Magnetic force-based cell patterning for evaluation of the effect of stromal fibroblasts on invasive capacity in 3d cultures.</a> Biosens Bioelectron. 42, 300-307 (2013).</li>
<li>Mishriki, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+magnetic+3D+printing+of+cellular+structures+with+mcf-7+cell+inks%5BTitle%5D)+AND+%22Research+%28Wash+D+C%29%22%5BJournal%5D)">Rapid magnetic 3D printing of cellular structures with mcf-7 cell inks.</a> Research (Wash D C). 2019, 9854593(2019).</li>
<li>Ozturk-Oncel, M. O., Leal-Martinez, B. H., Monteiro, R. F., Gomes, M. E., Domingues, R. M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+dive+into+the+bath%3A+Embedded+3D+bioprinting+of+freeform+in+vitro+models%5BTitle%5D)+AND+%22Biomater+Sci%22%5BJournal%5D)">A dive into the bath: Embedded 3D bioprinting of freeform in vitro models.</a> Biomater Sci. 11, 5462-5473 (2023).</li>
<li>Sahni, G., Yuan, J., Toh, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stencil+micropatterning+of+human+pluripotent+stem+cells+for+probing+spatial+organization+of+differentiation+fates%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Stencil micropatterning of human pluripotent stem cells for probing spatial organization of differentiation fates.</a> J Vis Exp. 112, e54097(2016).</li>
<li>Joddar, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+approaches+for+cardiac+organoid+formation+and+their+characterization%5BTitle%5D)+AND+%22Transl+Res%22%5BJournal%5D)">Engineering approaches for cardiac organoid formation and their characterization.</a> Transl Res. 250, 46-67 (2022).</li>
</ol>

למחברים אין אינטרסים כלכליים מתחרים.

תבנית התאים מבוססת Mag-Arch מספקת פתרון ידידותי למשתמש עבור רוב המעבדות הביו-רפואיות. שיטה זו מתקדמת במקביל לתווים ללא דיו, ללא תוויות, ללא תלות במצע ויכולת תבניות 8,13 בתפוקה גבוהה. עבור תבנית תאים מסוג מונו, היא מעצבת תאים באופן של צעד אחד. ההליך מסתיים בפשטות במדיומים תרבותיים מרעננים.
מחקרים קודמים השתמשו בחלקיקים מגנטיים כדי לתייג תאים ולמשוך אותם עם מגנטים כדי ליצור תבניות מדויקות14,15. עם זאת, נוכחותם של חלקיקים מגנטיים על תאים העלתה חששות לגבי השפעות אפשריות על התנהגויות תאים. תבניות תאים מבוססות Mag-Arch נוקטות באסטרטגיה הפוכה על ידי הפיכת נוזלים חוץ-תאיים לפאראמגנטיים, במקום תאים. אסטרטגיה זו מקלה מאוד על הסרת הריאגנטים הפאראמגנטיים הנוספים על ידי רענון מדיום התרבית. מחקרים יצרו כדורים תאיים ומערכי נקודות עם תבנית תאים מבוססת Mag-Arch11,16. בהשוואה למחקרים קיימים מבוססי Mag-Arch, השיטות המוצגות על ידי פרוטוקול זה יכולות להתאים אישית את צורת הדפוסים באופן חופשי. יתר על כן, הפרוטוקול מציג אסטרטגיות לייצור מערכות תרבות משותפת. הוכח גם שהוא עובד בתוך תאי תרבית תאים צרים סגורים, כפי שבדקנו במיקרופלואידיקה.
במקום שיטות מקבילות, הדורשות ציוד הדפסה ביולוגית מקצועי 17, תבניות מותאמות אישית18, או שינוי פני השטח של קומפלקס19, השיטה מבוססת Mag-Arch דורשת רק שני צרכים: מגנטים ו- GBCAs. פני השטח של תבנית המגנט קובעים את תבנית התא באופן הפוך. הודגמו מספר תבניות של פסים ומערכי נקודות כבסיסיים. משתמשים יכולים ליצור תבניות חופשיות עם צורות שונות של ערכות מגנטים, אשר זמינים בשפע מסחרי. כדי להשיג תוצאה אידיאלית, מומלץ לאמץ מגנטים המספקים כוח מגנטי מספיק. בפרקטיקה שלנו, אימצנו מגנטים ניאודימיום-ברזל-בורון N52, שהקביעות שלהם הייתה מעל 1430 mT ומגנטיות פני השטח הייתה מעל 100 mT על קטבים. עבור GBCAs, Gd-DTPA אומץ מכיוון שהוא יציב בתנאים פיזיולוגיים וזמין בזול ברוב המדינות והאזורים. ניתן לאמץ חלופות אחרות של GBCA. GBCA מקרוציקלי לא יוני, כגון gadobutrol ו gadoteridol, יכול להיות בחירה טובה יותר עבור ציטוטוקסיות נמוכה יותר בעת דפוס תאים פגיעים לטיפול ארוך טווח11,12.
המגבלה של תבניות תאים מבוססות Mag-Arch טמונה בעיקר באזור העבודה של השדה המגנטי שנוצר על ידי מגנטים. בעקבות הנוסחה הריבועית ההופכית, השדה המגנטי יורד בחדות עם מרחק8. כתוצאה מכך, שיטת Mag-Arch אינה מצליחה להרכיב תבניות תאים אידיאליות על צלחות או צלחות תרבית תאי פוליסטירן כלליות, שתחתיתן עבה מ-1 מ"מ. לכן, הפרוטוקול צריך לעבוד על משטחי תרבית תאים דקים יותר, כגון שקופיות זכוכית או צלחות תרבית תאים קונפוקליות. כאשר תבניות בתוך microfluidics, נדרש גם כי שקופיות התחתונות של microfluidics צריך להיות דק יותר מ 0.5 מ"מ. עבור הקמת מערכות תרבית משותפת, השיטה עשויה לגזול זמן, שכן כל סוג תא נוסף מגדיל את הזמן ב 3-6 שעות עבור חיבור התא.
בסך הכל, פרוטוקול זה מספק דרך פשוטה יותר עבור דפוסי תאים, אשר ניתן לשכפל ברוב המעבדות ללא כל ציוד מיוחד. משתמשים עשויים לאמץ אותו ככלי רב עוצמה לחקר התנהגויות תאים, חיקוי מיקרו-סביבות רב-תאיות או בדיקת הזיקה התאית של ביו-חומרים8.

תבניות תאים מתפתחות לטכנולוגיה אינטואיטיבית ורבת עוצמה למחקרי מבחנה 1. על ידי מניפולציה של מיקומי תאים בלוחות תרבית, הוא מספק פתרונות למגוון ניסויים, כולל נדידת תאים2, תרבית משותפת רב-תאית ביומימטית3, הרכבת אורגנואידים4, מחקרים ביו-חומריים5 ועוד. ברוב המקרים, שיטה ללא דיו וללא תוויות מועדפת לעיצוב תאים מכיוון שהיא מציעה קלות תפעול ויכולת קיום גבוהה של תאים לחקירות הבאות.
אפקט מאג-ארץ' הוא תופעה פיזיקלית שבה עצמים דיאמגנטיים בנוזלים פאראמגנטיים נוטים לנוע לעבר אזורים בעלי שדות מגנטיים חלשים6. תאים חיים הם דיאמגנטיים באופן טבעי, בעוד שמדיה של תרבית תאים יכולה להפוך לפאראמגנטית על ידי הוספת אלמנטים פאראמגנטיים מסיסים, כגון gadopentetate dimeglumine (Gd-DTPA), המשמש בדרך כלל בעירוי תוך ורידי בדימות תהודה מגנטית גרעינית כחומר ניגוד7. כתוצאה מכך, תאים צפויים להידחות על ידי התווך הפאראמגנטי הסובב אותם ולנוע לעבר אזורים שבהם השדות המגנטיים חלשים יותר8. שדה מגנטי בתבנית יכול להיווצר בקלות באמצעות קבוצה של מגנטים ניאודימיום. באופן אידיאלי, תבניות תאים מורכבות בניגוד לתבניות המגנט. מבחינה טכנית, שיטה זו מוגדרת כשיטה ללא תוויות מכיוון שהמגיב הנוסף היחיד, Gd-DTPA, נשאר בסביבה החוץ תאית ואינו נקשר לתאים. לפיכך, ניתן להימנע בקלות מהשפעות פוטנציאליות על תרבית תאים עוקבת על ידי החלפת מדיום התרבית. בהשוואה לשיטות אחרות 1,3,9,10, האסטרטגיה המבוססת על Mag-Arch אינה דורשת רכיבי ביו-דיו או יישום של חלקיקים ספציפיים כדי לתייג באופן חיובי את התאים. יתר על כן, הוכח שהוא עובד על מצעים מרובים להידבקות תאים והוא מסוגל לעצב תאים בעלי תפוקה גבוהה4.
מאמר זה מציג פרוטוקול מפורט לתבניות תאים בשיטה המבוססת על Mag-Arch, המכסה כל דבר, החל מייצור התקנים ועד התאמת תבנית התא. בנוסף לדפוסים שהדגמנו, משתמשים יכולים ליצור בקלות תבניות תאים שונות באמצעות מגנטים ופתרון Gd-DTPA. יתר על כן, פרוטוקולים להרכבת דפוסי תרבית משותפת מורכבים ומניפולציה של תאים בשבבים מיקרופלואידים סגורים, מסופקים גם כן.

<table><tbody><tr><td>A2780 תאי סרטן שחלות</td><td>Procell</td><td>CL-0013</td><td></td></tr><tr><td>מדיום תרבית תאים (DMEM, גלוקוז גבוה)</td><td>שקופיות כיסוי 11995040</td><td></td><td></td>של</tr><tr><td></td><td>Gibco Citotest Scientific</td><td>80340-3610</td><td>לייצור מיקרופלואידיקה. ממד: 24 מ"מ ופעמים; DiD MedChemExpress (MCE) 50 מ"מ</td></tr>&<tr><td></td><td>nbsp;</td><td>HY-D1028</td><td>לתיוג תאים עם פלואורסצנטיות אדומה (לדוגמה: 640 ננומטר)</td></tr><tr><td>DiI</td><td>MedChemExpress (MCE)&nbsp;</td><td>HY-D0083&nbsp;</td><td>לתיוג תאים עם פלואורסצנטיות כתומה (לדוגמה: 550 ננומטר)</td></tr><tr><td>סרום בקר עוברי (FBS)</td><td>Biochannel</td><td>BC-SE-FBS07</td><td></td></tr><tr><td>Gadopentetate dimeglumine (Gd-DTPA)</td><td>Beijing Beilu Pharmaceutical&nbsp;</td><td></td><td></td>H10860002</tr><tr><td>ג'לטין</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>V900863</td><td></td></tr><tr><td>שקופיות תאי זכוכית</td><td>Citotest Scientific</td><td>80346-2510</td><td>קוטר: 25 מ"מ; עובי: 0.19-0.22 מ"מ</td></tr><tr><td>לוחות זכוכית</td><td>חנות</td><td></td> לחומרי בניין PURESHI <td>לייצור מיקרופלואידיקה. ממד: 40 מ"מ ופעמים; 75 מ"מ</td></tr><tr><td>תאי אנדותל וריד טבורי אנושי (HUVECs)</td><td>Servicebio</td><td>STCC12103G-1</td><td></td></tr><tr><td>מגנטים ניאודימיום-ברזל-בורון (N52)</td><td>ציפוי</td> צלחת זכוכית לא רעיל של Lalaci <td></td><td></td></tr><tr><td>(תמיסת ג'ל חלקלק)Lonza</td><td></td> <td>1049286</td><td>לנוחות הפירוק בעת ייצור מיקרופלואידיקה</td></tr><tr><td>פוספט חוצץ מלח (PBS)</td><td>Servicebio</td><td>G4200</td><td></td></tr><tr><td>ערכת מנקה פלזמה</td><td>SANHOPTT</td><td>PT-2S</td><td></td></tr><tr><td>פולידימתילסילוקסן (PDMS) ערכת</td><td></td><td>אלסטומר סיליקון DOWSIL SYLGARD 184 ערכת אלסטומר סיליקון</td><td>לייצור עובש מיקרופלואידיקה</td></tr><tr><td>פוליטטרפלואורואתילן (PFTE) חנות</td><td></td><td>לחומרי בניין PURESHI</td><td>מותאם אישית באינטרנט, לייצור מיקרופלואידיקה</td></tr><tr><td>צלחת סיליקון</td> חנות <td></td><td></td><td>חומרה PURESHI</td></tr><tr><td>שריר חלק תאים (SMC)</td> <td>Procell</td><td>CL-0517</td><td></td></tr><tr><td>מנקה אולטרסאונד</td><td>Sapeen</td><td>CSA-02</td><td></td></tr></tbody></table>

תבניות תאים באמצעות אסטרטגיית ארכימדס מגנטי

Cell Patterning Using Magnetic-Archimedes Strategy

תבניות תאים, המאפשרות שליטה מדויקת במיקום התא, מהוות יתרון ייחודי בחקר התנהגות התא. בפרוטוקול זה מוצגת אסטרטגיית תבנית תאים המבוססת על אפקט ארכימדס מגנטי (Mag-Arch). גישה זו מאפשרת בקרה מדויקת של פיזור התאים ללא שימוש בחומרי דיו או חלקיקי תיוג. על ידי החדרת מגיב פאראמגנטי כדי לשפר את הרגישות המגנטית של מדיום תרבית התא, תאים נדחים על ידי מגנטים ומסדרים את עצמם לתבנית משלימה לערכות המגנטים הממוקמות מתחת למצע המיקרופלואידי.
במאמר זה, נהלים מפורטים עבור דפוסי תאים באמצעות אסטרטגיה מבוססת Mag-Arch מסופקים. מוצעות שיטות לעיצוב סוגי תאים בודדים, כמו גם סוגי תאים מרובים לניסויי תרבית משותפת. בנוסף, ניתנות הוראות מקיפות לייצור התקנים מיקרופלואידים המכילים תעלות לתבניות תאים. השגת תכונה זו באמצעות שיטות מקבילות היא מאתגרת אך ניתן לעשות זאת בצורה פשוטה וחסכונית. שימוש בתבניות תאים מבוססות Mag-Arch מצייד את החוקרים בכלי רב עוצמה למחקר במבחנה .

מגנטים מלבניים (1.5 מ"מ × 10 מ"מ × 35 מ"מ) וגליליים (Φ1.5 מ' × 10 מ"מ) נבחרו ליצירת תבניות תאים כהדגמה. למשתמשים יש את הגמישות לשנות את הגודל והצורה של מגנטים או להרכיב אותם באופן שונה כדי ליצור תבניות תאים מגוונות. באיור 1A,B הורכבו המגנטים, כאשר הקטבים המגנטיים מתוארים בכחול (דרום) ובאדום (צפון) לצורך בהירות. בתצורה זו, מגנטים מושכים זה את זה לרוחב ומסתדרים יחד, כפי שמודגם באיור 2. איור 1C,D מדגים את המבנה של התקן תרבית התאים ואת תהליך עיצוב התא.
איור 2 מציג תבניות תאים מסוג מונו. HUVECs מסומנים GFP שימשו לתצפית תחת מיקרוסקופ פלואורסצנטי. התאים אורגנו בתבניות מערך פסים ונקודות באמצעות מערכות מגנטים מתאימות. עבור HUVECs, אשר להיצמד במהירות שקופיות זכוכית (בתוך 120-180 דקות), ההליך כולו הושלם בתוך 4 שעות. מעקב אחר הפרוטוקול הביא לדפוסים עם קצוות מוגדרים היטב ואחידות גבוהה. כדי לקבוע את הכדאיות, התאים טופלו עם Gd-DTPA במשך 12 שעות, שזה הרבה יותר מאשר 3-6 שעות בשלב 2. עם זאת, הן צביעה חיה/מתה והן בדיקת CCK88 לא הראו ירידה משמעותית בכדאיות התאים. ריכוז גבוה יחסית של GD-DTPA (50 מילימטר) גרם להבדל סטטיסטי, אך עדיין שמר על שיעור חיים של 90.76% ± 1.78% (תרשים משלים 1).
בהתבסס על פרוטוקול תבניות תאים מסוג מונו, ניתנו דוגמאות לתבניות תאים מרובות סוגים עבור יישומי תרבית משותפים פוטנציאליים. בתרחיש זה, HUVECs, תאי סרטן השחלות A2780, ותאי שריר חלק (SMC) היו בשימוש. כדי להבדיל ביניהם, התאים סומנו ב-GFP, DiD ו-DiI לפני יצירת הדפוס. על-ידי ביצוע שלב 3, נוצרה תבנית תא משולשת של פסים זה לצד זה (איור 3A). לעומת זאת, שלב 4 שימש ליצירת מערכי נקודות קונצנטריים על-ידי התאמת הריכוז של Gd-DTPA (איור 3B). שכבת התאים הראשונה הוכתמה ב-DiI (אדום) ועוטרה ב-50 mM Gd-DTPA, ואילו שכבת התאים השנייה סומנה ב-GFP (ירוק) ובתבנית ב-25 mM Gd-DTPA. כתוצאה מכך, גודל הנקודות של השכבה הראשונה היה קטן יותר, מוקף באופן קונצנטרי על ידי השכבה השנייה של תאים בדוגמת נקודות. סוגי תאים שונים הציגו קצבי התקשרות והתפשטות משתנים, כאשר HUVECs התחברו והתפשטו במהירות, A2780s התחברו במהירות אך התפשטו לאט יותר, ו-SMCs התחברו והתפשטו לאט יחסית. תוצאות אלה הראו כי סוגי תאים שונים יכולים ליצור תבניות תאים תוך 3 שעות ולהיות מנוצלים בניסויים בתרבית משותפת.
יתר על כן, הוכח כי דפוס תאים באמצעות שדה מגנטי תואם להתקני תרבית צרים סגורים, כגון שבבים מיקרופלואידים. על-ידי ביצוע שלב 5, שבבים מיקרופלואידים נוצרו, ומערכי נקודות נוצרו בתוכם (איור 4).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66063/66063fig01.jpg"> איור 1: הגדרה ודיאגרמה סכמטית של תבניות תאים מבוססות קשת מאג . (A) הרכבה של ערכות מגנטים ליצירת תבניות תאי פסים. (B) הרכבה של ערכות מגנטים ליצירת תבניות תאים של מערך נקודות. (ג) הגדרת התקן תרבית התא. (D) הליך שלב אחר שלב לעיצוב תאים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66063/66063fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66063/66063fig02.jpg"> איור 2: הרכבה של התקנים ודפוסים של HUVECs לתבניות של מערך פסים ונקודות. (A) ערכות מגנטים הכלואות בתוך התקני תרבית תאים (i) וממוקמות בלוח תרבית תאים (ii). (B) ו-(C) ערכות מגנטים ותבניות התאים התואמות. התאים סומנו בחלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) לצורך הדמיה של תבנית התא. מוטות קנה מידה = 1.5 מ"מ; כניסות = 500 מיקרומטר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66063/66063fig02large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66063/66063fig03.jpg"> איור 3: תבניות של מערכות תרבות משותפת עם אסטרטגיה שלב אחר שלב. (A) תבניות תרבות משותפת באמצעות מגנט צדדי (i-iii). התאים סומנו ב-GFP (ירוק), DiD (כחול) ו-DiI (אדום) כדי להבחין בין סוגי תאים שונים. פסי קנה מידה = 1 מ"מ. (B) דפוסי תרבות משותפת המושגים על ידי התאמת ריכוז Gd-DTPA; (i) 50 mM, (ii) 20 mM. מוטות קנה מידה = 1.5 מ"מ; כניסות = 250 מיקרומטר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66063/66063fig03large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66063/66063fig04.jpg"> איור 4: תבנית תאים בתא מיקרופלואידי. (A) תרשים סכמטי של התבנית המיקרופלואידית. (B) ייצור מיקרופלואידיקה באמצעות פולידימתילסילוקסאן (PDMS) (i,ii). (C) תבניות תאים בתוך ההתקן המיקרופלואידי (i,ii) ותוצאה מייצגת המציגה תבניות תאים של מערך נקודות (iii). התאים סומנו בחלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP). סרגל קנה מידה = 3 מ"מ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66063/66063fig04large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
איור משלים 1: השפעת Gd-DTPA על כדאיות התא. HUVECs טופלו בריכוזים משתנים של Gd-DTPA במשך 12 שעות ולאחר מכן היו נתונים לכתמים חיים/מתים או לבדיקת CCK-8. (A) כתמים חיים/מתים של HUVECs. פסי קנה מידה = 200 מיקרומטר. (B) היסטוגרמה המתארת תוצאות צביעה חיה/מתה. (C) היסטוגרמה המציגה תוצאות בדיקת CCK-8. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66063/Supplementary%20Figure%201.zip" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.</a>

פרוטוקול זה מתאר שיטת דפוס תאים ללא דיו, ללא תוויות, שאינה תלויה במצע ובעלת תפוקה גבוהה המבוססת על אפקט ארכימדס מגנטי.

Cell patterning, allowing precise control of cell positioning, presents a unique advantage in the study of cell behavior. In this protocol, a cell ...

תבניות תאים היא טכנולוגיה אינטואיטיבית ורבת עוצמה למחקרי מבחנה. מטרת המחקר שלנו היא להציג שיטת דפוס תאים רב-תכליתית, ידידותית למשתמש וזולה, שניתן לשכפל ברוב המעבדות הביו-רפואיות. בהשוואה לשיטות אחרות, הפרוטוקול שלנו אינו דורש מיומנויות וציוד מיוחדים.כמו כן, הוא מתקדם במקביל לתווים ללא דיו, ללא תוויות, ללא תלות במצע ויכולת לתבניות בעלות תפוקה גבוהה. הפרוטוקול דורש רק שני צרכים: מגנטים וחומרי הניגוד מבוססי גדוליניום, ששניהם קלים להשגה במחירים נמוכים. שיטת תבנית התא המגנטית מספקת פתרונות נוחים לשלב הראשון במגוון ניסויים, כולל נדידת תאים, תרבית רב-תאית ביומימטית, הרכבת אורגנואידים, מחקרים ביו-חומריים ועוד.

cell-patterning-using-magnetic-archimedes-strategy

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

סרטון זה מדגים שיטה לגירוי תרביות עצביות הגדלות בטבעת עגולה בדוגמת כיסוי באמצעות שדה מגנטי המשתנה בזמן.

גירוי של תרביות עצביות על ידי שדה מגנטי

אנו מתארים פרטים ניסיוניים של הסינתזה של חלקיקים בדוגמת וreconfigurable משני מבשרים ממדיים (2D). מתודולוגיה זו יכולה לשמש ליצירת חלקיקים במגוון צורות, כולל פאונים ומכשירים נאחזו בסולמות אורך נעים בין מייקרו לקנה מידה של סנטימטר.

אוריגמי השראה עצמית הרכבה של חלקיקים בדוגמת וReconfigurable

פרוטוקול זה מתאר את הייצור של בקנה מידה גדול, מערך ה- DNA או נוגדן דו ממדים מרובב, עם יישומים פוטנציאליים במחקרי איתות תא וזיהוי סמנים ביולוגיים.

ייצור מודרך זרימת דפוס בצפיפות גבוהה ברקוד נוגדן Microarray

דוח זה מתאר טכניקה פשוטה וקלה לביצוע, תוך שימוש בוואקום בלחץ נמוך, למילוי תעלות מיקרופלואידיות בתאים ומצעים למחקר ביולוגי.

שיטה צדדית של חלבוני דפוסי תאים

כתב יד זה מציג שיטה חזקה של בדיית קעורה microwells ללא צורך מתחם מתקני עלות גבוהה. באמצעות כוח מגנטי, חרוזים פלדה מערך דרך חור, מספר מאות microwells נוצרו במצע polydimethylsiloxane (PDMS) 3 ס"מ על 3 ס"מ.

חרוז לזווג עם מגנט במערך צורניים Microwells עם משתנה גיאומטריות קעורה

השיטה המוצגת כאן משתמשת במיקרוגרף יחד עם הדמיה כמותית לחשיפת הארגון המרחבי בתוך תרבויות היונקים. הטכניקה היא קלה להקים מעבדה סטנדרטית בביולוגיה התא והוא מציע מערכת צייתן לחקור מבחנה בפריפרייה.

מיפוי הארגון המרחבי של תאי היונקים באמצעות מיקרודפוסים והדמיה כמותית

עבודה זו מציגה גישה מלמטה למעלה להנדסה של כוחות מגנטיים מקומיים לשליטה בארגון העצבי. תאים דמויי נוירון עמוסים ננו-חלקיקים מגנטיים (MNPs) מצופים על גבי ונשלטים על ידי פלטפורמה מיקרו בדוגמת עם מגנטיזציה בניצב. כמו כן מתוארים אפיון מגנטי, ספיגה תאית MNP, כדאיות התא, וניתוח סטטיסטי.

ייצור פלטפורמות מגנטיות עבור ארגון בקנה מידה מיקרון של נוירונים מחוברים

אנו מציגים טכנולוגיה המשתמשת בהרכבה בסיוע נימי בפלטפורמה מיקרופלואידית כדי לעצב עצמים בגודל מיקרו המושעים בנוזל, כגון חיידקים וקוליואידים, למערכים שנקבעו על מצע פולידימתילסילוקסן.

דפוס של מיקרואורגניזמים ומיקרו-חלקיקים באמצעות הרכבה בסיוע נימים רציפים

אנו מתארים שיפורים בשיטה סטנדרטית למדידת כוחות המתיחה התאית, המבוססת על הדפסה מיקרו-קונטרקטית עם שלב דפוס תת-קרקעי יחיד של מערכי נקודות של חלבוני מטריצה חוץ-תאית על הידרוג'לים רכים. שיטה זו מאפשרת ייצור פשוט ועקבי יותר של דפוסי איים, החיוניים לשליטה בצורת צביר התאים.

יצירת תבניות למיקרוסקופיית מתיחה מיקרופטרן

פרוטוקול זה מתאר פלטפורמת תרבית תאים מבוססת קרום הניתנת להגדרה מחדש המשלבת את פורמט הבאר הפתוחה עם יכולות זרימת נוזלים. פלטפורמה זו תואמת לפרוטוקולים סטנדרטיים ומאפשרת מעברים הפיכים בין מצבי תרבית פתוחה ומיקרופלואידית, תוך מתן מענה לצרכים של מעבדות הנדסה וביו-מדע כאחד.

הפיכת מודלים של רקמת מחסום סטטי למערכות מיקרופיזיולוגיות דינמיות

אנו מציגים פלטפורמת בדיקת קשיחות דינמית והפיכה המיוצרת באמצעות אלסטומר סיליקון רך במיוחד (פולידימתילסילוקסן, PDMS) עם חלקיקי ברזל משובצים. בדיקה חדשנית זו מתאימה לחקר שינויים פיזיים תלויי זמן בפנוטיפים של תאים, כולל הנחיית מגע. כאן, אנו מודדים יישור קרדיומיוציטים של חולדות יילודים עם התקשות מטריצה באמצעות מגנטיות.

אלסטומרים מגנטו-ריאולוגיים מיקרו-דפוסיים להנעת שינויים ביישור קרדיומיוציטים

למד שיטת תבניות תאים גמישה וזולה המבוססת על אפקט ארכימדס מגנטי ללא דיו וללא תוויות. השיטה מאפשרת תבניות בקנה מידה גבוה ומתאימה למחקר ביורפואי במעבדות רבות.

תבניות תאים באמצעות אסטרטגיית ארכימדס מגנטי

גלה סרטונים נוספים