June 22nd, 2012
微小サイズのチャネル(<30μm)を持つマイクロ流体デバイスの全体の内部の三次元表面全体に文化内皮細胞単層をに方法が記載されています。この in vitroで微小血管モデルは、血液細胞、内皮細胞、血液疾患における可溶性因子との間の生物物理学的相互作用の研究を可能にします。
この手順の全体的な目標は、内皮細胞でコーティングされたマイクロ流体デバイスを作成することです。これは、最初にマイクロ流体金型を作製することによって達成されます。2 番目のステップは、PDMS チャネルを作成することです。
次に、内皮細胞をデバイスに播種します。最後のステップは、デバイス内で細胞を培養することです。最終的に、内皮細胞被覆マイクロ流体デバイスを使用して、in vitroで細胞間相互作用を示します。
この手法が既存の方法よりも優れている点は、研究者が生物学的および生物物理学的条件を厳密に制御でき、蛍光顕微鏡法と互換性があることです。この方法は、血液疾患における生物物理学的細胞細胞相互作用に関する洞察を提供するだけでなく、白血球生物学、癌転移、造血幹細胞生物学などの現象にも適用できます。一般的に、この方法に不慣れな人は、細胞の着座を成功させるために条件を厳密に制御する必要があるため、苦労します。
製造の準備として、Microfluidデバイスのコンピューター支援設計画像を外部のマスクベンダーに提出することにより、フォトマスクを作成します。受け取ると、マスクはソーダライムガラス上のクロム層で構成されます。ここで、マイクロ流体チャネル幅は30ミクロンです。
マイクロ流体デバイスの作製を開始するには、裸のシリコーンウェーハをピラニアで15分間洗浄し、脱イオン水で10秒間すすぎます。次に、シリコーンウェーハをフッ化水素酸に30秒間浸し、脱イオン水で約10秒間すすぎます。次に、スピンコッターを使用して、スピンマイクロケムSU8 20 25フォトレジストをウェーハ上に30ミクロンの高さまで、毎分3000回転のスピン速度で加熱します。
SU 8 20 25コーティングされたウェーハを摂氏95度に設定されたホットプレートに5分間置き、余分な溶剤を排出します。このステップにはオーブンはお勧めしません。次に、フォトマスクをウェーハ上に置き、マスクライナーでUV光にさらして、SU 8 20 25フォトレジストを架橋します。
架橋後、ウェーハを摂氏95度のホットプレートにさらに5分間戻します。SU 8 20 25フォトレジストの重合をさらに加速します。次に、ウェーハを主にP-G-M-E-Aで構成されるSU8現像液に4分間浸漬します。
これにより、架橋されていないSU 8 20 25の写真が削除されます。手向かう。新開発のウェーハを100%イソプロピルアルコールで10秒間すすぎ、加圧窒素を使用するか、清潔なドラフト内でウェーハから溶媒を蒸発させて数分間乾燥させます。次に、乾燥したウェーハをペトリ皿の中央にテープで固定し、ウェーハの端にテープを配置するように注意します。
最後に、500マイクロリットルのシグマコートをウェーハにピペットで移します。ペトリ皿を蓋で覆い、次に皿を回転させてウェーハが完全にコーティングされるようにします。蓋を取り外し、すべての溶媒が蒸発するまでウェーハを数分間乾燥させます。
PDMSポリマーと硬化剤を1重量あたり10対1の重量比で混合した後、真空乾燥剤を使用して、利用可能な真空システムの強度に応じて数分から1時間気泡を除去します。すべての気泡を取り除いたら、ウェーハと皿の表面が覆われるように混合物を皿に注ぎます。厚さ約 5 mm の PDMS シートを作成します。
また、厚さ 1 mm の薄い特徴のない PDMS を作成します。次に、混合物を摂氏60度のオーブンで一晩硬化させます。翌日、ナイフまたはメスを使用してウェーハの周りを切断し、複数のPDMSマイクロ流体デバイスを取り外します。
次に、シートをカットして個々のデバイスを分離します。PDMSのシートは、マイクロ流体デバイスより少し大きめにカットします。次に、ピンバイスハリスユニコーンまたは同様のデバイスを使用して、マイクロ流体デバイスに入口と出口の穴を作成します。
次に、マイクロ流体デバイスとシートの表面をスコッチテープで清掃します。次に、プラズマクリーナーを使用して、マイクロ流体デバイスとPDMSシートの表面を酸素プラズマに30秒間さらします。酸素プラズマは、PDMSの露出した表面に反応性種を生成し、物理的に接触すると結合します。
次に、1ミリリットルあたり50マイクログラムの20ゲージの鈍いポイント針を取り付けた1ミリリットルの注射器を満たします。次に、PBS中のヒト血漿からのフィブロネクチンを針にチューブの長さをはめ込みます。細いチューブを最初のチューブに挿入して、2つのチューブの間に摩擦フィットを作成します。
次に、細いチューブのもう一方の端をマイクロ流体デバイスの入口に取り付けます。シリンジに圧力をかけてチャネルを完全にフィブロネクチン溶液で満たし、見通しポートに100マイクロリットルの小さな液滴を作成して、チャネルが濡れたままになるようにします。次に、マイクロ流体デバイスを加湿インキュベーターで摂氏37度で40〜60分間インキュベー
トします。インキュベーション後、PBSを充填した新しいシリンジを鈍いポイント針に接続します。圧力を加えて、マイクロ流体デバイスをPBSで洗い流します。人間の臍帯静脈の内皮細胞のミリリットルあたり500、000から200万の細胞を準備するか、または8%デキストランが付いている内皮の成長媒体で持って下さい。
デキストランを添加すると、細胞がマイクロ流体デバイス内で接着し、正常に培養される可能性が高くなります。鈍いポイント針と細胞懸濁液とのより広いチューブが取り付けられたフィラークリーンシリンジは、長さ約1メートルの長いチューブを接続します。接続部間の漏れをなくすために、チューブがしっかりとはまっていることを確認することが重要です。
チューブをセル溶液でプライミングし、シリンジまたはチューブのいずれかに気泡が存在しないことを確認して、システムの性能を最適化します。この時点で、漏れや気泡がシステムに侵入するのを防ぐことが重要です。溶液の漏れや培地中の気泡の存在は、内皮細胞の正常な着座を妨げます。
すべての気泡が除去され、チューブの全長が細胞懸濁液でプライミングされたら、シリンジをポンプに置き、もう一方の端をマイクロ流体インレットに取り付けます。シリンジポンプは、マイクロ流体デバイスと同じ高さに設定されています。長いチューブはインキュベーター内で慎重に巻き取られ、細胞と培地がデバイスに接触する前に適切に温められ
るようにします。次いで、細胞懸濁液を、37°Cおよび5%二酸化炭素で2時間、毎分1.23マイクロリットルの体積流量でマイクロ流体デバイスに注入する。毎分1.23マイクロリットルのインフルエンザの体積速度は、最小のチャネルで毎秒1ミリメートルの中流速度に相当します。これは、全血を使用したこれらのチャネルにおける1センチメートル四方の壁面せん断応力に近似しています。
細胞懸濁液の注入が完了したら、同じシリンジポンプと長いチューブを大きなシリンジで使用して、新鮮な増殖培地を毎分1.23マイクロリットルの速度で2〜8日間注入します。細胞単層が所望のコンフルエンスレベルに達したら、血液または細胞懸濁液をシステムに注入して実験します。ここでは、内皮化前のマイクロ流体デバイスを示しています。
マイクロ流体デバイスには、血管系の生理機能を模倣したデバイスのサイズ、スケール、および全体的なデザインを説明するために、食品着色料が注入されています。明視野顕微鏡法により、マイクロ流体デバイスの内皮化が明らかになります。この画像は、記載されたプロトコルを使用して播種後48時間以内に取得されたものであり、最適化された灌流技術により、内皮細胞がマイクロ流体システムの内面全体を流暢に培養することができる。
細胞播種から24〜48時間以内。この共焦点画像に示すように、マイクロチャネルを備えたチップ上の微小血管腫瘍は、ほとんどの鎌状赤血球微小血管閉塞イベントの部位である毛細血管後ベルの30ミクロンのサイズに近似しています。この実験では、健康な患者の全血を、脱酸素化された状態でチップデバイス上の微小血管系に注入します。
この動画は、私たちの内皮マイクロ流体システム内の全血の流れが規則的で、滑らかで、マイクロチャネルの閉塞領域がなく、連続していることを示しています。ここでは、鎌状赤血球症の患者からの全血をチップデバイス上の微小血管系に注入します。脱酸素状態では、血流の大幅な変化が見られ、いくつかのチャネルに完全な閉塞が見られます。
この手順を試行する際は、チューブの切り替え時に気泡を入れないように注意することが重要です。完成したデバイスは蛍光顕微鏡と互換性があり、従来の蛍光アッセイに適合させることができます。この技術は、実験血液学者が制御された生物物理学的および血行動態的環境で単一細胞を使用して実験を行う道を開きます。
気泡はありません。
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
この記事では、マイクロ流体デバイスの微小血管サイズのチャネル内で内皮細胞のモノレイヤーを培養する方法を説明します。このin vitroモデルは、血液疾患における血球、内皮細胞、および可溶性因子の相互作用の研究を促進します。
This endothelialized microfluidic platform addresses a critical gap in hematologic disease research by enabling precise control of microvascular hemodynamic and biophysical conditions. It provides a reproducible in vitro system to study pathogenic cell-endothelial interactions under flow, supporting mechanistic de-risking in target validation and assay development. The model enhances predictive confidence for hematologic therapeutic candidates by replicating post-capillary venule-scale pathophysiology relevant to vaso-occlusive crises.
The method fits within the discovery continuum from target hypothesis screening to preclinical efficacy testing, particularly for hematologic agents targeting microvascular adhesion or endothelial activation.