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In cellule in vivo sono circondate da una varietà di biomolecole compreso matrice extracellulare (ECM), carboidrati, lipidi, e altre cellule. Essi funzionalizzare rispondendo agli stimoli micro-ambientali quali le interazioni con ECM e le risposte alle gradienti chimici di vari fattori di crescita. Tradizionalmente, studi cellulare in vitro sono condotti in piatti di coltura di cellule in cui il consumo di cellule e reagenti è grande e le cellule crescono in modo statico (non circolanti) ambiente. Recentemente, dispositivi micro-fabbricato integrati con componenti fluidici hanno fornito una piattaforma alternativa a studi su cellule in un modo più controllabile. Tali dispositivi sono in grado di creare una precisa microambiente di stimoli chimici e fisici riducendo al minimo il consumo di cellule e reagenti. Questi chip microfluidici possono essere fatte di substrati di vetro, silicio, polidimetilsilossano polimeri (PDMS), polimetilmetacrilato (PMMA) substrati, o polyethylenetereftalato (PET) substrati 1-3. dispositivi PDMS basati sono trasparenti, biocompatibili, e permeabile ai gas, che li rende adatti per colture cellulari a lungo termine e studi. substrati PMMA e PET sono economici e facili da lavorare con ablazione laser e la scrittura.
dispositivi microfluidici dovrebbero fornire cellule con un micro-ambiente stabile e controllabile in cui le cellule sono soggette a differenti stimoli chimici e fisici. Ad esempio, i chip microfluidici sono utilizzati per studiare chemiotassi di cellule. Invece di metodi tradizionali che impiegano camera di Boyden e capillare di 4,5 questi dispositivi fluidici miniaturizzati in grado di generare precise gradienti chimici per lo studio dei comportamenti cellule '1,6,7. Un altro esempio è quello di studiare la migrazione direzionale cellule 'in campi elettrici (EFS), un fenomeno chiamato electrotaxis. Comportamenti Electrotactic di cellule sono stati segnalati per essere collegato con la rigenerazione dei nervi 8, lo sviluppo embrionale 9,e ferita guarigione 10,11. E molti studi sono stati condotti per indagare il electrotaxis di vari tipi di cellule, tra cui le cellule tumorali 12,13, i linfociti 14,15, cellule leucemiche 11, e cellule staminali 16. Convenzionalmente, capsule di Petri e bicchieri di copertura sono utilizzati per la costruzione di camere di electrotactic per la generazione di EF 17. Tali configurazioni semplici pongono problemi di media evaporazione e EF imprecise, ma possono essere superati dai dispositivi microfluidici di canali fluidici chiuso, ben definiti 12,18,19.
Per studiare sistematicamente risposte cellulari sotto precise stimoli chimici ed elettrici controllabili,, sarebbe di grande utilità per sviluppare dispositivi microfluidici grado di fornire cellule con stimoli multipli contemporaneamente. Ad esempio, Li et al. riferito un dispositivo microfluidica PDMS-based per la creazione di una o coesistenti gradienti chimici ed EFS 20. Kao et al. devfuggì un chip microfluidica simile a modulare la chemiotassi delle cellule tumorali del polmone da EF 6. Inoltre, per aumentare la produttività, Hou et al. progettato e fabbricato un chip multicanale-dual-campo elettrico PMMA per poter fornire le cellule con 8 diversi stimoli combinati, (concentrazioni 2 punti di forza EF x 4 chimici) essendo 21. Per aumentare ulteriormente il tutto e aggiungere lo stimolo sforzo di taglio, abbiamo sviluppato due dispositivi microfluidici PMMA-based per studiare le risposte cellulari sotto chimici singola o coesistenti / stimoli di stress / taglio elettrici.
Segnalato da Lo et al. 22,23, questi dispositivi contengono cinque canali di coltura cellulare indipendenti soggetti a continuo fluido che scorre, imitando il sistema circolatorio in vivo. Nel primo chip (chip chimico-shear stress o il chip CSS), cinque concentrazioni relative di 0, 1/8, 1/2, 7/8 e 1 sono generati nelle regioni di coltura, e un gradiente di sforzo di taglio è produced all'interno di ciascuno dei cinque aree culturali. Nella seconda piastrina (chip chimico-elettrico campo o il chip CEF), utilizzando un'unica serie di elettrodi e 2 pompe a siringa, cinque resistenze EF si generano in aggiunta a cinque diverse concentrazioni chimiche all'interno di queste aree di coltura. calcoli numerici e simulazioni sono eseguite per una migliore progettazione e funzionano questi chip, e cellule tumorali coltivate all'interno di questi dispositivi sono soggetti a stimoli singoli o coesistenti per osservare le loro risposte rispetto alla produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS), il tasso di migrazione, e la direzione di migrazione. Questi chip sono dimostrati di essere risparmio di tempo,-throughput elevato e dispositivi affidabili per indagare come le cellule rispondono a stimoli diversi micro-ambientali.