Generazione di condizioni ambientali dinamiche utilizzando un dispositivo microfluidico ad alta produttività

Summary

Presentiamo un sistema microfluidico per studi ad alta produttività su macchinari di vita complessi, composto da 1500 unità di coltura, una serie di pompe peristaltiche potenziate e un modulo di miscelazione in loco. Il chip microfluidico consente l'analisi delle condizioni micro-ambientali altamente complesse e dinamiche in vivo.

Abstract

Imitare le condizioni ambientali in vivo è fondamentale per gli studi in vitro su macchinari per la vita complessi. Tuttavia, le tecniche attuali che prendono di mira cellule e organi vivi sono molto costose, come la robotica, o mancano di volume nanolitro e precisione del tempo millisecondo nella manipolazione dei liquidi. Nel presente documento presentiamo la progettazione e la fabbricazione di un sistema microfluidico, composto da 1.500 unità di coltura, una serie di pompe peristaltiche potenziate e un modulo di miscelazione in loco. Per dimostrare le capacità del dispositivo microfluidico, le sfere di cellule staminali neurali (NSC) vengono mantenute nel sistema proposto. Abbiamo osservato che quando la sfera NSC è esposta al CXCL nel primo giorno e all'EGF nel secondo giorno, la conformazione a forma rotonda è ben mantenuta. La variazione nell'ordine di input di 6 farmaci causa cambiamenti morfologici alla sfera NSC e al marcatore rappresentativo del livello di espressione per la stelo NSC (cioè Hes5 e Dcx). Questi risultati indicano che le condizioni ambientali dinamiche e complesse hanno grandi effetti sulla differenziazione e sull'autorinove NSC, e il dispositivo microfluidico proposto è una piattaforma adatta per studi ad alta produttività sui macchinari di vita complessi.

Introduction

Le tecniche ad alta produttività sono fondamentali per gli studi biomedici e clinici. Conducendo parallelamente milioni di test chimici, genetici o a cellule vive e organoidi, i ricercatori possono identificare rapidamente i geni che modulano una via bio-molecolare e personalizzare l'input sequenziale del farmaco in base alle proprio esigenze specifiche. I chip^{robotici 1} e microfluidici in combinazione con un programma di controllo del dispositivo consentono di automatizzate procedure sperimentali complesse, che coprono la manipolazione di cellule / tessuti, la manipolazione di liquidi, l'imaging e l'elaborazione / controllo^de....

Protocol

1. Design dei chip microfluidici

1. Progettare il multiplexer microfluidico composto da 18 insenature, ognuna delle quali è controllata da una singola valvola e da una pompa peristaltica. Per aumentare il volume del liquido guidato dal ciclo di pompaggio, far in modo che la pompa peristaltica sia composta da 3 canali di controllo, che sono stati appositamente allargati a 200 μm, e 10 linee di flusso collegate.
2. Progettare la camera di coltura senza taglio. La replicazione dell'unità di coltura a 2 livelli è composta da una camera di coltura cellulare inferiore (400 μm x 400 μm x 150 μm) e da uno strato tampone più elevato (400 μm x 400 μm x 75 μm), che....

Results

La pompa peristaltica convenzionale on-chip è stata descritta per la prima volta da Stephen Quake nel 2000, usando la quale la peristalisi è stata azionata dal modello 101, 100, 110, 010, 011, 001 ^8,10. I numeri 0 e 1 indicano "aperto" e "chiuso" delle 3 linee di controllo orizzontali. Sono stati inoltre riportati studi che utilizzano più di 3 valvole (ad esempio cinque)^11. Anche se la pompa peristaltica composta da 3 linee di controllo e .......

Discussion

Vari dispositivi microfluidici sono stati sviluppati per eseguire esperimenti multiplexati e complessi^17,18,19,20. Ad esempio, i microwell fatti di una serie di recessi topologici possono intrappolare singole cellule senza l'uso di forza esterna, mostrando caratteri vantaggiosi tra cui piccole dimensioni del campione, parallelizzazione, minor costo del materiale, risposta più^r.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
2713 Loker Avenue West	Torrey pines scientific
AZ-50X	AZ Electronic Materials, Lussemburgo
Clorotrimetilsilano (TMCS) 92360-25mL	Sigma
CO2 Incubatore HP151	Heal Force
Desktop Hole Puncher per chip PDMS WH-CF-14	Suzhou Wenhao Microfluidic Technology Co., Ltd.
DMEM (L-glutammina, glucosio alto, henol rosso)	Invitrogen
Bilancia elettronica UTP-313 Max: 600 g, e: 0,1 g, d: 0,01 g	Shanghai Hochoice Apparatus Produttore Co., LTD.
FBS	Sigma
Fibronection 0,25 mg/mL	Millipore, Austria
Glutamax 100x	Gibco
Incubatore di riscaldamento BGG-9240A	Shanghai bluepard instruments Co., Ltd.
Nikon Modello Eclipse Ti2-E	Nikon
Pen/Strep 10 Unità/mL Penicillina 10 ug/mL Streptomicina	Invitrogen
Detergente al plasma PDC-002	Harrick Plasma
polidimetilsilossano (PDMS)	Polilisina momentiva
0,01%	Sigma
Spin coater ARE-310	Awatori Rentaro
Spin coater TDZ5-WS	Cence
Spin coater WH-SC-01	Suzhou Wenhao Microfluidic Technology Co., Ltd.
SU-8 3025	MicroChem, Westborough, MA, USA
SU-8 3075	MicroChem, Westborough, MA, USA