February 26th, 2017
このレポートは、低圧真空を使用して、生物学的研究のための細胞と基質でマイクロ流体チャネルを充填するためのシンプルで実行しやすい技術について説明しています。
この手順の全体的な目標は、ほとんどの生物学研究室で利用可能なシンプルなベンチトップツールを使用して、細胞または基質を複雑で長く閉じたマイクロチャネルに分散させることにより、細胞または基質をパターン化することです。この方法は、細胞間および細胞とタンパク質の相互作用に関する生物学の分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、実行が簡単で、ほとんどの生物学研究所ですぐに利用できるツールのみが必要なことです。
一般に、この方法に不慣れな個人は、研究者が選択した細胞と基質のインキュベーション条件を最適化する必要があるため、苦労するでしょう。PDMSスタンプと溶液を適切に配置することで、実験の再現性が大幅に向上しるため、このメソッドの視覚的なデモンストレーションは非常に重要です。まず、CAD描画ツールを使用してマイクロチャネルのレイアウトを描画します。
次に、図面を白い紙に印刷します。次に、イソプロパノールを使用して、デザインに対応するのに十分な大きさのスライドガラスをクリーニングします。次に、スライドをエアガンで乾かします。
清掃したスライドガラスに、気泡が溜まらないように注意して粘着テープを貼り付けます。次に、スライドガラスの側面をデザインの紙にテープで固定し、テープ面が上を向くようにします。紙のデザインを参考にして、メスを使ってスライドガラスのテープを切り取ります。
カットしたら、スライドガラスの不要な部分からテープをはがします。次に、スライドガラスをイソプロパノールですすいで、残留接着剤を取り除きます。次に、エアガンを使用して表面を乾燥させます。
パターンを付けて清掃したら、スライドガラスを摂氏65度のオーブンで30分間焼きます。次に、ゴムローラーでテープをそっと転がして気泡を取り除き、スライドをペトリ皿で室温まで冷まします。まず、PDMSエラストマー10部とその硬化剤1部を混合し、混合物を激しく攪拌します。
次に、混合物を真空チャンバーに入れて、気泡がなくなるまで混合物を脱気します。厚さ2mmの混合物を粘着テープの型に流し込み、すべての気泡が消えるまで型を脱気します。冷却したら、メスを使用して、フィーチャから少なくとも5mm離れたPDMSレイヤーを切断します。
次に、硬化したPDMSをピンセットを使用して型から剥がします。1mmの生検パンチで、できればマイクロチャネルのネットワークの端に、単一の入口穴を開けます。次に、PDMSキャストを粘着テープで清掃し、デバイスからほこりの粒子を取り除きます。
PDMSマイクロチャネルデバイスを70%エクタノールの溶液ですすぎ、続いて滅菌脱イオン水で滅菌し、UV光に30分間さらして滅菌します。ピンセットを使用して、滅菌済みPDMSキャストを滅菌済みガラスカバースリップに置き、ピンセットの先端を使用して穏やかな圧力をかけます。次に、ポリDリジンの液滴を四ホウ酸ナトリウムバッファーにマイクロチャネルの入口に置きます。
ペトリ皿を真空に10分間置きます。この間、気泡の形でチャネルから出てくる空気を観察します。真空を解除し、マイクロチャネルに流入する基質溶液を観察し、皿を摂氏37度で1時間インキュベートします。
次に、滅菌ピンセットを使用してPDMSスタンプを慎重に剥がし、脱イオン水でパターンを3回洗います。ガラスカバースリップに1%BSA溶液を添加して非特異的な接着を減らし、サンプルを摂氏37度で一晩インキュベートします。翌日、BSA溶液を吸引します。
細胞の間接的なパターニングを開始するには、添付のテキストプロトコルに記載されているように、無血清培養培地で細胞懸濁液を調製します。パターン化されたシャーレに細胞懸濁液を添加し、パターン化された領域を細胞懸濁液に完全に浸します。次に、ペトリ皿をインキュベーター内で摂氏37度で15分間インキュベートし、細胞がパターン化された基質に付着できるようにします。
インキュベーション後、ペトリ皿から余分な細胞懸濁液を吸引し、パターン化された細胞をPBSで3回洗浄し、10秒間穏やかに振とうして付着していない細胞を取り除きます。次に、パターン化した細胞培養物に適切な培地を加え、パターン化した細胞を二酸化炭素緩衝インキュベーターで摂氏37度でインキュベートします。細胞を直接パターニングするには、まず、マイクロ流体デバイスを70%エタノールの溶液ですすいで、続いて脱イオン水で滅菌します。
次に、デバイスを1%BSAの溶液に一晩浸して、PDMSへの非特異的細胞の接着を防ぎます。デバイスを室温で乾燥させた後、組織培養処理したペトリ皿の底に取り付けます。マイクロチャネルを満たすのに十分な4〜8マイクロリットルの細胞懸濁液を入口に置き、穴を完全に覆います。
次に、ペトリ皿を真空チャンバーに10分間入れます。真空を解除し、マイクロチャネルに流れ込む細胞懸濁液を観察します。ペトリ皿を37°Cで二酸化炭素緩衝インキュベーターで最大1時間インキュベートします。
次に、インキュベーターから皿を取り出し、ピンセットを使用してPDMSを皿から慎重に剥がします。パターンをPBSで洗浄し、細胞培養培地をペトリ皿に加えます。終了したら、細胞をインキュベーターに戻します。
ここに示されているのは、ポリDリジンおよびラミニン表面上にパターン化されたラットの胚性皮質ニューロンです。細胞の位置は、パターン化された領域への一般的な付着と、PDLおよびラミニンストライプに沿った成長を示しています。ここには、より高い倍率で示されているのは、C2C12筋芽細胞です。
この細胞型は、パターン化された領域にも付着し、多核筋管への融合を示します。この技術は、ここで線維芽細胞で示されているように、直接的な細胞パターニングにも適応されています。この直接細胞パターニング法は、細胞の生存に悪影響を及ぼしません。
この手順に続いて、タンパク質の局在化や細胞と基質の相互作用に関する追加の質問に答えるために、蛍光顕微鏡などの他の方法を実行できます。この手順を試行する際には、細胞の液滴または基質溶液をインレイ全体を覆うように適切に配置することが成功のために重要であることを覚えておくことが重要です。その開発後、この技術は、神経科学の分野の研究者が網膜生物学における視細胞軸索ガイダンスを探求する道を開きました。
このビデオを見れば、負圧を使用してガス透過性PDMSマイクロ流体デバイスで細胞と基板をパターン化する方法について十分に理解できるはずです。ご覧いただきありがとうございます、そして実験の頑張りを祈ります。
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このレポートでは、低圧真空を利用した単純で実行しやすい技術について説明し、生物学的研究のためにマイクロ流路を細胞と基質で満たす方法を紹介しています。この方法は、細胞間および細胞とタンパク質の相互作用に関する生物学分野の主要な質問に答えるのに役立ちます。
This method enables precise spatial control of proteins and cells in complex microfluidic geometries using accessible laboratory tools, supporting mechanistic studies of cell-substrate and cell-cell interactions. By eliminating the need for specialized equipment or exotic materials, it lowers technical barriers for target validation and assay development in early discovery. The approach enhances predictive confidence in phenotypic screening by enabling reproducible, disease-relevant microenvironments for mechanistic de-risking.
The method fits within the discovery continuum from target hypothesis testing through lead identification, enabling mechanistic interrogation before compound screening.