Applicando Microfluidica di Elettrofisiologia

Mi chiamo Dave Edington. Sono un assistente professore presso il Dipartimento di Bioingegneria dell'Università dell'Illinois a Chicago. E l'area su cui lavoriamo principalmente è l'applicazione delle microtecnologie alle applicazioni biomediche, in particolare utilizzando dispositivi microfluidici.

E oggi vi mostreremo uno dei nostri progetti, che prevede l'utilizzo di un dispositivo microfluidico che si adatta a una camera di perfusione a fetta cerebrale standard per fornire una stimolazione temporale spaziale di una fetta cerebrale. Quindi, attualmente nelle preparazioni di fette di elettrofisiologia, le principali applicazioni dei neurotrasmettitori su una fetta sono globalmente su tutta la fetta di cervello. Stiamo stimolando l'intera fetta di cervello in una sola volta, o usando una micro pipetta per soffiare sui neurotrasmettitori in diversi punti temporali.

La fetta di cervello è una struttura molto complessa e quando si applicano globalmente neurotrasmettitori o si utilizza una micropipetta, non è possibile riprodurre i modelli di stimolazione in vivo. Mentre con la nostra piattaforma, siamo in grado di controllare la stimolazione in regioni molto specifiche attraverso lo splicing del cervello e ottenere una stimolazione più simile a quella in vivo. Quindi gli attuali sistemi di perfusione sono mostrati qui dove si agganciano con una guida standard in vetro di copertura.

E questi consentono di perfondere i media sull'intera fetta. Tuttavia, non è possibile controllare spazialmente la risoluzione di quel neurotrasmettitore con cui è dotato il dispositivo stimolante. Per questo abbiamo sviluppato un dispositivo micro flic che si aggancia a questa camera di profusione standard.

In questo modo è possibile utilizzare tutti i test di elettrofisiologia standard. E l'unica caratteristica diversa è che invece di un fondo di vetro con copertura in vetro, questo consiste in un dispositivo A-P-D-M-S che ha diversi fori passanti che si collegano ai canali microfluidici, che si collegano alle aperture su questa camera di profusione superiore che possiamo quindi stimolare i neurotrasmettitori attraverso questi fori, attraverso i canali, fuori dai vias, e nella fetta del cervello. E usiamo una tecnica chiamata pompaggio passivo per erogare i fluidi.

Quindi non abbiamo bisogno di tubi complessi che escano da questo dispositivo perché l'elettrofisiologia è già una procedura molto complessa. E semplificando la progettazione del dispositivo e utilizzando il pompaggio passivo, semplifichiamo il protocollo sperimentale di applicazione di questo dispositivo microfluidico. La struttura del dispositivo è una rete microfluidica a due strati.

Il primo strato è costituito dai canali di instradamento che si collegano alle porte di uscita e il secondo strato è costituito da questi fori passanti che collegano questi canali al pozzo. Quindi questa fabbricazione viene eseguita utilizzando fasi di microfabbricazione U standard a due strati in cui abbiamo alcuni segni di allineamento che assicurano che questi via siano posizionati direttamente al centro di questi quattro canali. Questo dispositivo è quindi progettato per essere agganciato alla camera di profusione standard, in modo da poter utilizzare tutti gli stessi saggi di elettrofisiologia.

Quindi possiamo metterlo su un impianto di elettrofisiologia, fare in modo che il nostro obiettivo entri in esso, fornire una stimolazione locale attraverso i nostri canali microfluidici e non complicare inutilmente la configurazione sperimentale oltre ciò di cui ha bisogno. Quindi, mantenendo il design del dispositivo il più semplice possibile, possiamo diffondere questa piattaforma molto più facilmente. Quindi la nostra struttura in questo momento, abbiamo queste quattro V nel mezzo dei nostri micro canali fluidici, ma questi possono essere adattati alle diverse esigenze dei laboratori a seconda della regione del cervello che stanno studiando.

Quindi una regione potrebbe studiare l'ippocampo e l'altra potrebbe studiare la corteccia esterna. E così potremmo stimolare quelle regioni a seconda di come progettiamo questo dispositivo microfluidico. E poiché il dispositivo non richiede componenti esterni per funzionare, tutto ciò di cui hai bisogno è un micro pipettatore per pipettare su queste aperture utilizzando la tecnica del pompaggio passivo.

Non ci sono attrezzature extra oltre a questo substrato inferiore che il laboratorio di elettrofisiologia standard deve acquisire per utilizzare questo dispositivo. Quindi, fino a questo punto del progetto, ci siamo concentrati sull'agganciamento dei canali microfluidici con le camere di profusione standard. E ora la parte successiva del progetto sta effettivamente testando questo dispositivo su una ricerca basata su ipotesi reali utilizzando queste preparazioni di fette.

E così abbiamo dimostrato che con l'uso di coloranti fluorescenti, possiamo stimolare spazialmente diverse regioni iniettando questi analoghi fluorescenti nei canali. E il passo successivo è quello di fare effettivamente i veri esperimenti biologici. Quindi il campo della microfluidica sta arrivando a un punto di transizione.

Stiamo andando oltre le nuove dimostrazioni di proof of concept e stiamo davvero utilizzando questi dispositivi per scoprire cose nuove ed entusiasmanti che prima erano impossibili da fare. Quindi il campo si sta spostando da tecniche in cui abbiamo utilizzato principi disponibili su microscala, come la diffusione veloce, il flusso laminare e i rapporti servizio/volume di grandi dimensioni e l'integrazione dei processi. E ora li useremo e li applicheremo per risolvere le esigenze insoddisfatte in laboratorio e in clinica.