Waiting
Elaborazione accesso...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

פלטפורמת microfluidic למדידת נויטרופילים Chemotaxis מדם מלא לא מעובד

Published: June 3, 2014 doi: 10.3791/51215
Automatic Translation
*1,2,3, *1,2,3, 1, 1, 1,4, 1,2,3
1The BioMEMS Resource Center, Department of Surgery, Massachusetts General Hospital, 2Harvard Medical School, 3Shriners Burns Hospital, 4Harvard University School of Engineering and Applied Sciences
* These authors contributed equally

Summary

פרוטוקול זה מפרט assay נועד למדוד chemotaxis נויטרופילים אדם מטיפה אחת של דם מלא עם שחזור חזק. גישה זו עוקפת את הצורך בהפרדת נויטרופילים ודורשת זמן הכנת assay רק כמה דקות. שבב microfluidic מאפשר למדוד החוזרים ונשנים של chemotaxis נויטרופילים לאורך זמן בתינוקות או יונקים קטנים, שבו נפח דגימה מוגבל.

Abstract

נויטרופילים לשחק תפקיד חיוני בהגנה מפני זיהומים ומספרם בדם בתדירות גבוהה שנמדדו במרפאת. ספירת נויטרופילים גבוהה בדם הן בדרך כלל אינדיקטור של זיהומים מתמשכים, בעוד שספירת נויטרופילים נמוכה הן תמרור אזהרה לסיכון גבוה יותר לזיהומים. כדי להשיג את הפונקציות שלהם, נויטרופילים גם צריכים להיות מסוגל לנוע ביעילות מהדם שבו הם מבלים את רוב חייהם, לרקמות, שבו זיהומים להתרחש. כתוצאה מכך, פגמים ביכולת של נויטרופילים לנדוד יכולים להגדיל את הסיכונים לזיהומים, גם כאשר הנויטרופילים נוכחים במספרים מתאימים בדם. עם זאת, מדידת יכולת נדידת נויטרופילים במרפאת היא משימה מאתגרת, וזה זמן רב, דורש כמות גדולה של דם, ואת ידע של מומחה. כדי להתמודד עם מגבלות אלה, עיצבנו מבחני microfluidic חזקים להגירת נויטרופילים, אשר דורש טיפה אחת של דם לא מעובד, נסיבותהפתחים את הצורך בהפרדת נויטרופילים, והוא קל לכמת על מיקרוסקופ פשוט. ב assay זה, נויטרופילים להעביר ישירות מטיפת הדם, בערוצים קטנים, לכיוון המקור של chemoattractant. כדי למנוע את הזרימה הפרטנית של תאי דם אדומים באמצעות אותם הערוצים, יישמנו מסננים מכאניים עם זווית נכונה הופך באופן סלקטיבי לחסום מראש של תאי דם אדומים. אנחנו תוקף את assay ידי השוואת נדידת נויטרופילים מטיפי דם שנאספו מדקירת אצבע ודם ורידים. אנחנו גם בהשוואה הדם כל אלה מקורות (WB) בנדידת נויטרופילים מדגימות של נויטרופילים המטוהרים ומצאנו במהירות עקבית ויווניות בין שלושה המקורות. פלטפורמת microfluidic זה תאפשר חקר נדידת נויטרופילים אנושי במרפאת והגדרת המחקר כדי לעזור לקדם את ההבנה של פונקציות נויטרופילים בבריאות ובחוליים שלנו.

Introduction

סחר נויטרופילים משחק תפקיד קריטי בקביעת ההתקדמות והרזולוציה של רבים מצבים דלקתיים, כוללים טרשת עורקים 1, זיהום חיידקים או אלח דם 2, ולשרוף פציעה 3. על התרומה הגדולה שלהם למצבים בריאותיים ומחלות, ספירת נויטרופילים היא חלק מבדיקות הדם הסטנדרטי נחשבות לעתים קרובות במעבדות קליניות ומחקר. עם זאת, למרות היותו אחד המבחנים הנפוצים ביותר, את הערך של ספירת נויטרופילים באבחנה של זיהום ואלח דם נחקר בתדירות גבוהה 4. לדוגמא, מחקר אחד של נויטרופילים בחולי כווייה גילה כי ספירת נויטרופילים ותפקוד הגירת נויטרופילים לא לתאם; המסמנים נויטרופילים כי לספור לבדו אינו אינדיקציה מדויקת של מצב חיסוניים 3. אמנם קשה יותר למדידה, יכולת התפקודית נויטרופילים הוצעה כבעל ערך רב יותר במגוון רחב של תנאים.

t "> חשוב לציין, שרבים מפגמי נויטרופילים הם ארעיים ואינם מופעלים על ידי פגמים גנטיים קבועים, הבחנה שהתעלמה במידה רבה במרפאת עד לאחרונה. בהקשר של פציעות לשרוף, הגירת נויטרופילים יכולה להיות במעקב במהלך הטיפול של חולה כמדד למצב דלקתי או זיהום 3. מבחני הגירה מסורתיים המשמשים כיום במעבדה (קאמרי בוידן, קאמרי דאן, assay micropipette) לא יכול להיות מתורגם להגדרה קלינית כי הם דורשים כמויות גדולות של דם ומסורבל זמן רב טכניקות בידוד נויטרופילים (טבלה 1). מבחני אלה גם לא יכולים להשתמש בהם כדי לעקוב אחר שינויים חולפים בchemotaxis נויטרופילים בחיות מעבדה קטנות, כגון עכברים, כי נפח דם הדרוש לבידוד נויטרופילים מאפשר רק דגימה אחת, ולעתים קרובות אפילו דורש איגום דם מחיות מרובות עבור assay אחד. למשל, מ 'מחקר מעורבתנאי ultiple וטיפולים לאורך זמן, מספר רב של נקודות עלולים לדרוש אלפי עכברים באמצעות מבחני chemotaxis הנוכחיים. זה מגביל את המחקר הביולוגי הבסיסי שניתן לעשות כדי להבין את הדינמיקה המורכבת של תפקוד מערכת החיסון בהקשר של פציעה, זיהום או לצרוב לעתים קרובות למדו במודלים העכבריים 5.

כדי לענות על הצורך לassay הפונקציונלי נויטרופילים כי הוא מהיר, חזק, תוך דרישה מינימאלי נפח דם, שפיתחנו מכשיר microfluidic המודד chemotaxis נויטרופילים ישירות מטיפה קטנה של דם מלא. זה ידוע כי גורמים רבים בדם כולו, כוללים בסרום 6 וטסיות דם 7, להשפיע על תפקוד נויטרופילים. לכן זה מועיל שכל assay microfluidic הדם ממזער עיבוד מדגם לשמור microenvironment vivo של נויטרופילים כאשר מודד שינויים בchemotaxis עם assay במבחנה 8. גישה זומפחית את הזמן מאיסוף דם למבחני הגירת נויטרופילים משעות תוך שימוש בטכניקות מסורתיות, לדקות ספורות (טבלה 1). פלטפורמת microfluidic הדם כולו מייצרת שיפוע chemoattractant יניארי יציב לאורכו של הניסוי, אין לו חלקים נעים, ואינה דורשת מקור לחץ חיצוני (משאבת מזרק כלומר). תכונת מפתח בעיצוב של מכשיר microfluidic הדם השלם היא שילוב של תאי דם אדומים מסרק סינון (RBC) כי מכאני מסנני RBCs מלהיכנס לערוץ ההגירה של המכשיר. הפניות ימינה של מסרק סינון זה למנוע את הצורך בסינון הרחקת גודל, שעשוי להיות סתום על ידי תאי דם אדומים ולכן לחסום את שיפוע chemoattractant מלהגיע נויטרופילים פעיל הנודדים בWB. השילוב של מכשיר microfluidic הדם כולו בצלחת 12 או 24 גם מאפשר ההקרנה של מתווכים מרובים של si chemotaxis נויטרופילים אדם או העכבריmultaneously.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. ייצור מכשיר microfluidic

  1. באמצעות שימוש בטכניקות photolithographic סטנדרטיים, לפברק רקיק עובש האב בחדר נקי ברמה 1,000. תבנית השכבה הראשונה 3 מיקרומטר הדק מבוסס אפוקסי השלילית photoresist להגדיר ערוצי הגירה על פי ההוראות של היצרן. תבנית השכבה 50 מיקרומטר בעובי השנייה כדי להגדיר את תאי תאי העמסה וchemokine.
  2. השתמש בדוגמת הוופל להטיל polydimethylsiloxane מכשירים (PDMS). במרץ לערבב PDMS (20 ז) עם יוזם (2 גר ') למשך 5 דקות באמצעות מזלג פלסטיק במגש פלסטיק גדול במשקל.
  3. יוצק PDMS בזהירות על תבנית.
  4. דגה PDMS על ידי הצבת תבנית עם PDMS שפכו בייבוש ואקום במשך שעה 1.
  5. לאפות ולרפא מכשירי microfluidic PDMS במשך לפחות 3 שעות בתנור ב65 ° C.
  6. אגרוף החוצה WBLCs המרכזי באמצעות אגרופן בקוטר קצה 1.5 מ"מ.
  7. אגרוף החוצה התקנים בצורת סופגנייה שלמים באמצעות puncשלה בקוטר קצה 5.0 מ"מ.
  8. להסיר חלקיקים מהתקני סופגנייה באמצעות נייר דבק.
  9. יש לשטוף את צלחת 12 היטב עם מים deionized ולאחר מכן יבש עם חנקן. מניחים צלחת בתנור 60 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות.
  10. פלזמה חמצן טיפול 12 גם הצלחת פעמיים; פעם אחת בלבד ל35 שניות ולאחר מכן שוב עם מכשירי סופגנייה לעוד שניות 35.
  11. למקם את המכשירים בזהירות בבארות של הצלחת באמצעות פינצטה.
  12. צלחת אופים עם התקני ערובה על פלטה חשמלית מוגדרת 80 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות.

2. Microfluidic Assay הכנה

  1. מכשירי microfluidic ראש מייד לאחר טיפול פלזמה החמצן, כאשר המכשיר הוא הידרופילי ואפקטי נימים יכולים לקדם תחול מהערוצים הקטנים במכשיר.
  2. יצירת פתרון chemoattractant על ידי ערבוב 5 μl fMLP [פתרון מניות 10 מיקרומטר] עם 5 μl פיברונקטין [מ"ג פתרון מניות 1 / מיליליטר] ו490 μl HBSS.
  3. pipet & # לאט160; פתרון chemoattractant לWBLC, באמצעות קצה טעינת ג'ל (איור 1 א). Pipet 20 μl נוסף של chemoattractant סביב החלק החיצוני של המכשיר.
  4. מניחים צלחת בתוך תא ייבוש במשך 15 דקות. על ידי יישום ואקום למכשיר, הפתרון הוא החדיר לתוך תופעות הערוצים של המכשיר ואת האוויר שנעקר מתפזר החוצה דרך PDMS.
  5. הסר את הצלחת מהייבוש ולאשר הרטבה של ערוץ מכשיר תחת מיקרוסקופ. שהעונים כמו בועה הופכת להיות קטנה יותר כפתרון chemoattractant נכנס לחדר. אין בועה צריכה להיות נוכחת בתוך המכשיר לאחר טיפול ואקום.
  6. שטוף את WBLC וחיצוני של המכשיר ביסודיות כדי להסיר פתרון chemoattractant עודף. צעד זה יוצר שיפוע של chemoattractant מכל אחד מתאי מוקד chemotactic (FCCs) למרכז המכשיר.
    1. ממלאי מזרק 1 מ"ל עם PBS, להוסיף קצה מחט בוטה 30 G למזרק. בעדינות, הכנס את קצה המחט של המזרק בלמרכז חור הסופגנייה. דחף בעדינות של PBS 100 μl לתוך החור כך שאגל של צורות PBS על גבי המכשיר.
    2. מיליליטר צלחת הטיה ופיפטה 1 של PBS סביב מכשיר, כך שהנוזל אוסף בתחתית הבאר. לשאוב את התהליך הנוזלי וחזור לסך של 3x באמצעות פתרון חיץ טרי (מדיה שימוש במקום חיץ אם יהיו טעונות נויטרופילים המופרדים בתקשורת) 9.
  7. ממלא כל היטב עם תקשורת עד לצמרות של המכשירים הן שקועות מתחת לנוזל. בואו ההתקנים לשבת במשך 15 דקות, כדי לאפשר שיפוע להתייצב. תוצאות ניסוי ונתונים תיאורטיים מסימולציות אלמנטים סופיות מראים כי ההדרגות במכשירים אלה הן יציבים עד 24 שעות למולקולות קטנות (לדוגמא, fMLP) ועד לכמה ימים למשקל גדול יותר מולקולרי (למשל, IL8).
  8. בעזרת טיפים טעינת ג'ל, פיפטה לאט 2 μl של דם (או נויטרופילים בודדים) לכל אחד לואה דם כלדינג קאמרי (איור 1 א) (WBLC).

3. לדוגמא הכנה

נויטרופילים אנושיים מנימי דם

  1. איסוף דם נימים מדקירת אצבעו של מתנדב בריא, שהוא בשום דיכוי חיסוני. כל דגימות החולה התקבלו עם כתב הסכמה מדעת, ובאמצעות נהלים שאושרו על ידי MGH ושריינרים לוחות סקירה מוסדי.
    1. לאיסוף דם זין אצבע, לשטוף את הידיים במים וסבון ולייבש את העור. הכן את פתרון מניות anti-coagulant/stain על ידי הוספת 1 מיליליטר HBSS + 0.2% HSA ו10 כתם Hoechst μl (32.4 מיקרומטר) להפרין צינור איסוף דם (1.65 USP/50 דם μl). דקור את האצבע באמצעות Lancet בטיחות SurgiLance (עומק 2.2 מ"מ, 22 G), לנגב טיפת דם ראשונה ולאסוף 50 μl של דם בצינור Eppendorf המכיל נוגדת קרישת המניה ופתרון Hoechst כתם ניאון (10 μl) ובעדינות לערבב.
    דגירה הדם וכתם Hoechst ל10 דקות, כדי לאפשר לצביעת ניאון גרעין. הפעל מדגם בתוך 1 שעות של איסוף דם.

נויטרופילים אנושיים מהדם ורידים

  1. צייר 10 מיליליטר של דם היקפי, ורידים לתוך צינורות המכילים 33 USP הפרין.
  2. הוסף 50 μl של דם ורידים לתקשורת וכתם Hoechst כפי שתואר לעיל. דגירה הדם וכתם Hoechst ל10 דקות, כדי לאפשר לצביעת ניאון גרעין. הפעל מדגם בתוך 1 שעות של איסוף דם.

הפרדת נויטרופילים מן הדם כל - בקרה חיובית

  1. להפריד נויטרופילים, השתמש בטכניקות סטריליות לבודד את הנויטרופילים מן מדגם 10 מיליליטר ורידי דם כל שימוש Hetastarch (6% w / v) שיפוע צפיפות ואחריו ערכה שלילית בחירת חרוז מגנטי בידוד בעקבות פרוטוקול היצרנים.
  2. Resuspended aliquot הסופי של נויטרופילים בconcentrע 4,000 תאים / μl בHBSS + 0.2% אלבומין בסרום אדם 1X. שמור את התאים על 37 מעלות צלזיוס עד מוכן להפעיל את הניסוי.

4. מיקרוסקופית וניתוח תמונה למדידות נויטרופילים Chemotaxis

  1. הגדר את טמפרטורת biochamber 37 ° C, לחות ב80%, ו-CO 2 של 5%.
  2. להתחיל באופן מיידי באמצעות הדמיה הזמן לשגות הדמיה על מיקרוסקופ (10X או הגדלה גבוהה יותר).

5. ניתוח סטטיסטי

  1. ידני לעקוב אחר לפחות 50 הנויטרופילים במדגם זה.
  2. ספירת תאי הזנת ה-FCC לאורך זמן (איור 2).
  3. חישוב מהירויות נויטרופילים בערוץ בין WBLC וFCC באמצעות ImageJ (NIH) (איור 2).
  4. לכמת יווניות של נויטרופילים על ידי ספירת מספר התאים שעוברים הסתעפות וחישוב היחס בין מספר התאים הפונים לכיוון ה-FCC ותאי שהיציאה הדואר מכשיר. תאים שאינם כיוונית לא פעלו שיפוע chemotactic ולכן נודדים במספרים שווים לכיוון ה-FCC וערוץ היציאה (איור 2).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Assay chemotaxis נויטרופילים דם (WB) השלם היה תוקף על ידי מדידת ההצטברות של נויטרופילים לכיוון שיפוע fMLP (סרט S1). תוצאות מאשרות כי RBCs לכודים על ידי מסרק הסינון תוך נויטרופילים (כחול) יכולים להגר באופן פעיל מתוך כל הדם (איור 3 א והסרט S1). השיפוע היציב ליניארי chemoattractant (הירוקה) שהוקם על ידי מכשיר microfluidic הדם כולו אושר באמצעות dextran FITC שכותרתו (הבלעה איור 3 א) ומדד את רמות הקרינה לאורך זמן. ההדרגות מיוצרות במכשירים אלה היו יציבים עד 24 שעות למולקולות קטנות ועד שבוע למשקל מולקולרי גדול יותר. היעילות של פרוטוקול הכביסה אומתה על ידי ההדמיה אות ניאון מקומית בFCC ללא אות בWBLC או המקיף את המכשיר. המכשירים הועסקו הבא על מנת להעריך את ההבדלים בנדידת נויטרופילים מbl שונה מקורות ood.

תוצאות שהתקבלו באמצעות פלטפורמת chemotaxis WB הרומן עולות כי נויטרופילים מאגל זין אצבע של WB, מWB ורידים, או מבודדות מהדם ורידים להגר עם מהירות עקבית (20 2 מ"מ / דקה, קו כחול ±) ועם תאים נודדים כולל דומים ( 38 ± 10 תאים / שעה, בארים מוצלים) מכל מקורות הדם (איור 3 ב). היינו גם יכול לכמת את הכיווניות או את היכולת של נויטרופילים לעקוב שיפוע chemotactic בצורה נכונה. הסתעפות שולבה בעיצוב של המכשיר כולו הדם אפשר לנו לכמת נויטרופילים שהגרו directionally לאורך שיפוע chemoattractant לכיוון ה-FCC לעומת הנויטרופילים שהגרו באופן אקראי תחת chemokinesis ויצאו המכשיר. נויטרופילים נודדים מכל שלושת מקורות הדם הגרו עם מדד הכיווניות של 0.9 (9 תאים לכיוון FCC לכל תא שיצא מהמכשיר).

: לשמור-together.within-page = "תמיד"> איור 1
איור 1. סכמטי של מכשיר בצורת סופגנייה. א) chemoattractant היא דרוכה למכשיר ושיפוע נוצר לאורך ערוץ ההגירה לכיוון תאי מוקד chemotaxis (FCCs). FCCs שש עשרה מקיף את כל WBLC. לאחר כביסה, chemoattractant נשארה רק בה-FCC, ושיפוע ליניארית נוצר לאורך ערוץ ההגירה. מסרק הסינון של תאי דם אדומים (RBC) מונע מתאי דם אדומים שסתמו את הערוץ וחסימת הגירה פעילה נויטרופילים. ראה סרט S1. B) נויטרופילים נודדים באופן פעיל מתוך כל הדם ומצטברים בה-FCC, והמהירות, כיווניות והמספרים שלהם ניתן לכמת בצורה מדויקת. אנא לחץ כאן כדי להציג גדול גרסה של נתון זה.

איור 2
איור 2. סכמטי וסקירה של תכנית ספירת תאים למכשיר WB. הנויטרופילים נודדים באופן פעיל מתוך 2 דם כל μl (WB) נטען לתוך תא טעינת דם שלם (WBLC) עבר מסרק הסינון של תאי דם האדום ולכניסה של המכשיר. הכיווניות של התאים נמדדה רק על פי ההחלטה של ​​התא בהסתעפות. נויטרופילים כיוונית יעקבו שיפוע chemotactic המוביל לכיוון תאי תא chemotaxis ולא כיוונית מוקד לא בצעו את השיפוע ויהיה באופן אקראי לעבור גם כלפי ערוץ היציאה או ה-FCC בחלוקה שווה. ספירת תאים סופית מחושבת בכל נקודת זמן על ידי ספירת תאים בה-FCC. files/ftp_upload/51215/51215fig2highres.jpg "target =" _blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3. מדידת chemotaxis נויטרופילים מטיפה של דם מלא (WB). א) WB (μl 1) הוא נטען לתוך כל חדר טעינת דם (WBLC). נויטרופילים (כחול) להעביר לאורך שיפוע fMLP chemotactic נוצר בערוץ ההגירה לכיוון ה-FCC. B) נויטרופילים מאגל זין אצבע של WB, מWB ורידים, או מבודד מהדם ורידים נודדים עם מספרים עולים בקנה אחד (ברים) ומהירות (כחול קו). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

r.within-page = "תמיד"> טבלת 1
טבלת 1. השוואה בין הפרוטוקולים לchemotaxis נויטרופילים באמצעות הפלטפורמה כולה microfluidic הדם לעומת מכשיר microfluidic צד ערוץ והקאמרי בוידן המסורתי. כמות הזמן וחומרים כימיים להשלמת כל שלב בפרוטוקול היא בהשוואה בין שיטות שונות למדידת chemotaxis נויטרופילים. פלטפורמת microfluidic דם כל מפחיתה את הסך כל הזמן הנדרש כדי להפעיל את assay ידי 95% ונפח הנדרשים של דם> 99%.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

בעבודה זו, שפיתחנו פלטפורמת microfluidic למדוד chemotaxis נויטרופילים מטיפה של דם (2 μl). הסינון המכני על השבב של תאי דם אדום מפעיל נודדים נויטרופילים עוקף את הצורך בשיטות מסורבלות הפרדת תא כגון צפיפות הדרגתיים 10, סלקציה חיובית 11, או סלקציה שלילית 12, אשר נוטות להציג את הממצאים על ידי הפעלת נויטרופילים. הסינון המכני של תאי דם אדום שמייחד את הטכנולוגיה שלנו משבבי microfluidic אחרים לחיטוט הגירת נויטרופילים. למשל, עבודות קודמות מהמעבדה שלנו 13 וביב ואח'. 8 selectins מנוצל על השבב, להפרדת נויטרופילים מכל דגימת הדם, לפני assay chemotaxis. לאחר הפרדה על משטחי selectin, הגירת נויטרופילים התרחשה בפתרון חיץ. בתנאים אלה, כל השפעה של סרום על chemotaxis נויטרופילים הוסרה. יתר על כן, ידוע selectinsכדי להפעיל את התאים על ידי העוסק קולטנים ספציפיים ולכן עלול לשנות במדידות chemotaxis מבחנה. ההפרדה מכאנית על ידי מסרק סינון RBC במכשיר שלנו לא משנה את המצב של נויטרופילים שנמדדו על ידי המכשיר שלנו. המכשיר שלנו מאפשר מדידות חזקות של מהירות ומספר הצטברות תאים, כמו גם כיווניות תא.

במחקר זה, שהראינו כי נויטרופילים ממתנדבים בריאים נודדים מהדם נימים כולה, ירידה של דם ורידים, ומופרד מהדם ורידים להגר עם מהירות ויווניות 14 דומות. המדידה של יווני נויטרופילים היא חשובה במצבים דלקתיים, כגון כוויות 3, 15 וטראומה 16, שבו כיווניות ידועה כי הוא פגום. פגום ומעל מגורה נויטרופילים עשויים לנדוד מהמקום של פגיעה ולגרום לפגיעה ברקמות בריאות. הגבלה של המכשיר הנוכחיאד במאמר זה הוא שההעשרה של תאים במכשיר אינה אפשרית, ולכן ספירת תאים תלויות בפרופורציה שהם נמצאים בדם כל הילידים. זה יכול להציג בעיות ברכישת מדידות chemotaxis ממספר משמעותי של תאים בתנאים כגון נויטרופניה, שבו ספירת נויטרופילים נמוכה. בעיה נוספת אפשרית במכשיר שלנו היא הפרעה סטרית של תאים נודדים ידי RBCs או תאים אחרים נודד בו זמנית. בניסויים שלנו, נויטרופילים יכולים לסחוט RBCs העבר לכוד בסיבובים של מסרק סינון RBC מבלי לשנות את מהירות הנדידה שלהם. בנוסף, ריכוז chemoattractant והעצמה הוא חשוב ביותר בגרימת נדידת תאים. כדי לפתור את assay עם תנאים אחרים זה עשוי להיות חשוב לרוץ מנת תגובה עקומות עם בהירויות שונות של chemoattractant. טיפול ועיבוד chemoattractants יציב יותר, כגון מתווכי שומנים הוא גם חיוני, ולכן חשוב להתקני ראשמייד לפני טעינת WB. לבסוף, הוא גם קריטי, כי כל הדם לא להיקרש לפני תחול מכשיר WB. אם זה לא ניתן להפעיל את assay מייד לאחר איסוף דם דם חייב להיות מאוחסן על כיסא נדנדה בהפרין. טעינה של מדגם צריך להיעשות לאט, בזהירות שלא להציג את הלחץ מוגזם למכשיר WB.

בעתיד, המכשיר שלנו יכול לשמש למדידת הפרעות בתפקוד נויטרופילים בכווייה או חולי טראומה מבלי להסיר את נויטרופילים מהסרום הטבעי של המטופל, שסביר להניח שממלא תפקיד מרכזי בתפקוד נויטרופילים 17. מכשיר זה גם יכול להיות מנוצל בעתיד למסך הרפוי ברזולוציה פרו פוטנציאלית כדי לשקם את תפקוד נויטרופילים נורמלי בחולים אלו. לבסוף, המכשיר הזה יכול להיות מהונדס נוסף כדי למדוד chemotaxis מהתאים נודדים אחרים כגון מונוציטים, מקרופאגים, ותאי ה-T.

לסיכום, פיתחנו Noveשיטת ליטר למדידת נויטרופילים Chemotaxis ישירות מטיפה של דם מלא. השילוב של מכשיר microfluidic הדם כולו בצלחת 12 או 24 גם מאפשר ההקרנה של תנאים מרובים בו זמנית. מכשיר זה יאפשר את פיתוחם של מתווכים ברזולוציה של דלקת לטיפול בכוויות ומצבים דלקתיים אחרים. בעתיד, מכשיר זה ישמש למדידת הפרעות בתפקוד chemotactic נויטרופילים לאורך זמן בדגימות מטופל ומודלים עכבריים שבו נפח דגימה מוגבל.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

אין ניגודי אינטרסים לחשוף.

Acknowledgments

תמיכה מן המכונים הלאומיים לבריאות (מעניקה GM092804, DE019938) ושריינרים ברנס בבית חולים.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Device Fabrication
SU-8 Microchem Y131273
Polydimethylsiloxane (PDMS) Ellsworth Adhesives Sylgard 184 1.1 lb. Kit
Standard glass slides Fisher Scientific 125495 1 X 3 inches
Glass-bottom plate MatTek P12G-1.5-14-F
Harris Uni-Core, Tip Diameter 5.0 mm Ted Pella, Inc. 15081
Harris Uni-Core, Tip Diameter 1.5 mm Ted Pella, Inc. 15072
Microfluidic Assay Preparation and Analysis
Gel-loading pipet tip Fisher Scientific 02-707-139
Syringe Fisher Scientfic 309602
Blunt tip needle, 30 G ½ in. Brico Medical Supply BN3005
Vacutainer, Heparin Becton Dickinson
HBSS Sigma-Aldrich
Human serum albumin Sigma-Aldrich A5843-5G 0.2% final concentration in HBSS
Fibronectin Sigma-Aldrich F0895-1MG
fMLP Sigma-Aldrich F3506-10MG
SurgiLance safety lancet, 2.2-mm depth, 22 G SLN240
Hoescht stain Life Technologies H3570
Positive Control
HetaSep STEMCELL Technologies Inc. 7906
EasySep Human Neutrophil Enrichment Kit STEMCELL Technologies Inc. 19257
Plasma Asher March Instruments P-250
Lindberg/Blue M Oven Thermo Scientific 13-258-30C
Stainless Steel Precision Tweezers Techni Tool 758TW458
Bel-Art Scienceware Chemical-Resistant Vacuum Desiccator Fisher Scientific 08-594-15A
Dataplate Digital Hot Plate Alpha Multiservices PMC 720
Nikon TiE inverted microscope Nikon - Micro Video Instruments Inc. MEA53100
CFI Plan Fluor DL 10X NA 15.2 wd Objective Nikon - Micro Video Instruments Inc. MRH20101
Lumen 200 with 2 Meter Light Guide for Nikon Nikon - Micro Video Instruments Inc. 500-L200NI2
DAPI/Hoechst/AMCA Narrow Band 32-mm Exciters - 25-mm Emitters Chroma - Micro Video Instruments Inc. 31013v2
Retiga R 2000 cooled CCD Camera 1,600 x 1,200 pixels Qimaging - Micro Video Instruments Inc. RET-2000R-F-M-12-C

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hansson, G. K., Robertson, A. K., Soderberg-Naucler, C. Inflammation and atherosclerosis. Annual review of pathology. 1, 297-329 (2006).
  2. Phillipson, M., Kubes, P. The neutrophil in vascular inflammation. Nature medicine. 17, 1381-1390 (2011).
  3. Butler, K. L., et al. Burn injury reduces neutrophil directional migration speed in microfluidic devices. PloS one. 5, (2010).
  4. Lavrentieva, A., et al. Inflammatory markers in patients with severe burn injury. What is the best indicator of sepsis. Burns : journal of the International Society for Burn Injuries. 33, 189-194 (2007).
  5. De Filippo, K., et al. Mast cell and macrophage chemokines CXCL1/CXCL2 control the early stage of neutrophil recruitment during tissue inflammation. Blood. 121, 4930-4937 (2013).
  6. Mankovich, A. R., Lee, C. Y., Heinrich, V. Differential effects of serum heat treatment on chemotaxis and phagocytosis by human neutrophils. PloS one. 8, (2013).
  7. Palabrica, T., et al. Leukocyte accumulation promoting fibrin deposition is mediated in vivo by P-selectin on adherent platelets. Nature. 359, 848-851 (1992).
  8. Sackmann, E. K., et al. Microfluidic kit-on-a-lid: a versatile platform for neutrophil chemotaxis assays. Blood. 120, (2012).
  9. Jones, C. N., et al. Microfluidic chambers for monitoring leukocyte trafficking and humanized nano-proresolving medicines interactions. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109, 20560-20565 (2012).
  10. Nauseef, W. M. Isolation of human neutrophils from venous blood. Methods Mol Biol. 412, 15-20 (2007).
  11. Lyons, P. A., et al. Microarray analysis of human leucocyte subsets: the advantages of positive selection and rapid purification. BMC genomics. 8, (2007).
  12. Hasenberg, M., et al. Rapid immunomagnetic negative enrichment of neutrophil granulocytes from murine bone marrow for functional studies in vitro and in vivo. PloS one. 6, (2011).
  13. Agrawal, N., Toner, M., Irimia, D. Neutrophil migration assay from a drop of blood. Lab on a chip. 8, 2054-2061 (2008).
  14. Hoang, A. N., et al. Measuring neutrophil speed and directionality during chemotaxis, directly from a droplet of whole blood. Technology. 0, 1-9 (2013).
  15. Kurihara, T., et al. Resolvin D2 restores neutrophil directionality and improves survival after burns. FASEB journal : official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology. , (2013).
  16. Buffone, V., Meakins, J. L., Christou, N. V. Neutrophil function in surgical patients. Relationship to adequate bacterial defenses. Arch Surg. 119, 39-43 (1984).
  17. Malawista, S. E., de Boisfleury Chevance, A., van Damme, J., Serhan, C. N. Tonic inhibition of chemotaxis in human plasma. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105, 17949-17954 (2008).

Tags

הנדסת ביוטכנולוגיה גיליון 88 chemotaxis נויטרופילים assay דם כולו מכשיר microfluidic chemoattractant הגירה דלקת
פלטפורמת microfluidic למדידת נויטרופילים Chemotaxis מדם מלא לא מעובד
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Jones, C. N., Hoang, A. N., Dimisko, … More

Jones, C. N., Hoang, A. N., Dimisko, L., Hamza, B., Martel, J., Irimia, D. Microfluidic Platform for Measuring Neutrophil Chemotaxis from Unprocessed Whole Blood. J. Vis. Exp. (88), e51215, doi:10.3791/51215 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter