ハイスループットマイクロ流体装置を用いた動的環境条件の生成

サマリー

1500の培養ユニット、強化された蠕動ポンプの配列、オンサイトミキシングモジュラスから構成される複雑な寿命機械の高スループット研究のためのマイクロ流体システムを発表します。マイクロ流体チップは、生体内の非常に複雑で動的な微小環境条件の解析を可能にします。

要約

生体内の環境条件を模倣することは、複雑な生命機械に関するインビトロ研究にとって極めて重要である。しかし、生きた細胞や臓器を標的とする現在の技術は、ロボット工学のような非常に高価であるか、液体操作においてナノリットル体積とミリ秒の時間精度を欠いている。ここでは、1,500の培養ユニット、強化された蠕動ポンプの配列、およびオンサイト混合弾性率から構成されるマイクロ流体システムの設計と製造を提示する。マイクロ流体デバイスの容量を実証するために、神経幹細胞(NSC)球体は提案されたシステムで維持される。我々は、NSC球体が1日目にCXCLに曝露され、2日目にEGFにさらされると、丸型の立体構造が良好に維持されることを観察した。6つの薬剤の入力順序の変動は、NSC球体およびNSCステムの発現レベル代表マーカー(すなわち、Hes5およびDcx)に形態学的変化を引き起こす。これらの結果は、動的で複雑な環境条件がNSC分化および自己再生に大きな影響を及ぼすことを示しており、提案されたマイクロ流体デバイスは、複雑な生命機械のハイスループット研究に適したプラットフォームである。

概要

高スループット技術は、生物医学および臨床研究にとって極めて重要です。何百万もの化学的、遺伝的、または生細胞およびオルガノイドの検査を並行して行うことで、研究者は生体分子経路を調節する遺伝子を迅速に同定し、特定のニーズに合わせて連続的な薬物入力をカスタマイズすることができます。ロボット¹とマイクロ流体チップをデバイス制御プログラムと組み合わせて、細胞/組織操作、液体処理、イメージング、およびデータ処理/制御^2,3をカバーする複雑な実験手順を自動化することができます。したがって、所望のスループット^4,5に従って、1つのチップ上で数百、数千の実験条件を維持することができる。

このプロトコルでは、1500の培養ユニット、強化された蠕動ポンプおよびオンサイト混合弾性率から構成されるマイクロ流体装置の設計および製造手順について説明した。2レベルの細胞培養チャンバーは、培地交換時に不要なせん断を防ぎ、長期の生細胞イメージングのための乱れない培養環境を保証します。この研究は、提案されたマイクロ流体装置が複雑な生命機械のハイスループット研究に適したプラットフォームであることを示している。さらに、マイクロ流体チップの....

プロトコル

1. マイクロ流体チップ設計

1. 18個の入口からなるマイクロ流体マルチプレクサを設計し、各々は個々のバルブと蠕動ポンプによって制御されます。ポンプサイクルごとに駆動される液体体積を増加させるために、蠕動ポンプを3つの制御チャネルで構成し、意図的に200μmに拡大し、10本の接続流線を有する。
2. せん断のない文化室を設計します。2レベル培養ユニットの複製は、低い細胞培養チャンバー(400 μm x 400 μm x 150 μm)とより高いバッファ層(400 μm x 400 μm x 75 μm)によって構成され、培地交換時の細胞に対する不要なせん断応力を防ぎます(図1)。
3. ハイスループット機能を設計します。培養単位を複製して30 x 50の行列レイアウトを形成し、約7cm×5cmの面積を占める。

2. チップの製造と操作

1. UVリソグラフィによるレプリカ成形の製作
   注:レプリカ成形は、標準的なフォトリソグラフィプロトコル⁸に従ってシリコンウエハで製造されました。
   1. チャネル構造の製造
      1. 回転フォトレジスト:SU-8 3025のマイナスフォトレジストのスピンコート5mLをシリコンウエハー上で500rpmで10s、3000rpmで30s。
      ....

結果

従来のオンチップペリスタチックポンプは、2000年にスティーブン・クエイクによって最初に記述され、そのパターン101、100、100、110、010、011、001、0018、10によって蠕動を作動させた。 0 と 1 の数値は、3 本の水平制御線の「開く」と「閉じる」を示します。3つ以上のバルブ(例えば、5つ)を用いた研究も^11.3つの制御ラインと3つの流れラインによって構成される蠕動性ポンプはナノリットルの正確さを提供するが、輸送速度は1,500の培養室を供給するには遅すぎる。この問題を解決するために、ポンプサイクルごとに駆動される液体体積を増加させるフローライン(すなわち、10個の接続チャネル)を含む(すなわち、101、100、110、010、011、001)。したがって、栄養素および薬物は、指定されたチャンバーに効果的に送達することができる。蠕動ポンプ輸送液量は、ポンプサイクルあたり16倍〜50ナノリットル増加することができる。蠕動ポンプの配列は3つの接続された制御.......

ディスカッション

多重化および複雑な実験17、18、19、20を実行するために様々なマイクロ流体装置が開発されている。例えば、トポロジカルな凹部の配列からなるマイクロウェルは、外力を使用せずに個々の細胞をトラップすることができ、小さなサンプルサイズ、並列化、低材料コスト、より速い応答、高感度^{21、22、23、24}を含む有利な文字^を示す。液滴と表面張力を閉じ込められた液滴は、マイクロポンプなどの補助ハードウェアの必要性を排除し、液滴の輸送をより低コストで、環境に配慮した^25、26<.......

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
2713 Loker Avenue West	Torrey pines scientific
AZ-50X	AZ Electronic Materials, Luxembourg
Chlorotrimethylsilane(TMCS) 92360-25mL	Sigma
CO2 Incubator HP151	Heal Force
Desktop Hole Puncher for PDMS Chips WH-CF-14	Suzhou Wenhao Microfluidic Technology Co., Ltd.
DMEM(L-グルタミン、高グルコース、ヘノールレッド)	Invitrogen
電子天びん UTP-313 Max:600g, e:0.1g, d:0.01g	Shanghai Hochoice Apparatus Manufacturer Co.,LTD.
FBS	Sigma
Fibronection 0.25 mg/mL	ミリポア、オーストリア
Glutamax 100x	Gibco
Heating Incubator BGG-9240A	Shanghai bluepard instruments Co.,Ltd.
ニコン モデル エクリプス Ti2-E	ニコン
ペン/溶連菌 10 ユニット/mL ペニシリン 10 ug/mL ストレプトマイシン	Invitrogen
プラズマクリーナー PDC-002	ハリック プラズマ
ポリジメチルシロキサン(PDMS)	モメンティブ
ポリリジン 0.01%	シグマ
スピンコーター ARE-310	粟鳥連太郎
スピンコーター TDZ5-WS	センス
スピンコーター WH-SC-01	Suzhou Wenhao Microfluidic Technology Co., Ltd.
SU-8 3025	MicroChem, Westborough, MA, USA
SU-8 3075	MicroChem, Westborough, MA, USA