Method Article

종양 Microenvironment를 재현을위한 마이크로 유체 장치 체외에서

DOI:

10.3791/2425

⸱

November 20th, 2011

 ,  ,  , 
1Department of Chemical Engineering, University Of Massachusetts Amherst

* These authors contributed equally

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

우리는 이기종 종양 microenvironments를 재현 마이크로 유체 장치의 제조 및 운영을위한 절차를 제시 체외에서. 종양 조직에서 apoptosis의 다양성이 평가 된 형광 얼룩과 종양 조직에 chemotherapeutic 약물 doxorubicin의 효과적인 확산 계수를 사용하여 정량되었다.

Abstract

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우리는 체외에서 이기종 입체 종양 조직에 대한 전달 및 약물의 전신 등급을 모방 마이크로 유체 장치를 개발했습니다. vasculature에 의해 전달 영양소가 가능한, 동작 및 괴사 세포 유형으로 구성된 이기종 microenvironments에 상승을주는, 종양의 모든 부분에 도달 실패합니다. 많은 암 약물은 효과적으로 세포의이 때문에 이질성의 모든 유형을 관통하고 치료하기 위해 실패합니다. 암 세포의 Monolayers는 어려운 체외 모델에 적합한 암 약물을 테스트하고,이 이질성을 모방하지 않습니다. 우리 마이크로 유체 장치는 소프트 리소그래피를 사용하여 PDMS에서 가공되었습니다. 매달려 드롭 방식에 의해 형성된 다세포 종양 spheroids은, 삽입 구속 장치에 직사각형 방에 한면에 연속 매체 재관류로 유지했다. 장치의 챔버의 사각형 형태는 조직 내에서 선형 그라디언트를 만들었습니다. 형광 얼룩은 일을 수량​​화하는 데 사용 된조직 내에서 apoptosis의 전자 다양성. 장치의 종양은 형광 chemotherapeutic 약물 doxorubicin, 시간 경과 현미경은 조직으로의 확산을 모니터링하는 데 사용하고, 효과적인 확산 계수가 추정되었다로 치료했다. 매달려 드롭 방법은 여러 암 세포 라인의 균일 한 spheroids의 빠른 형성을 허용했다. 이 장치는 최대 3 일에 spheroids의 성장을 활성화. 매체를 흐르는의 가까이에있는 세포 최소한 apoptotic이었고 그까지 채널에서이를 정확하게 혈관에 인접한 종양의 지역을 모방, 더 많은 apoptotic했다. doxorubicin 확산 계수의 추정 값은 인간의 유방암에서 이전에보고 된 값으로 동의했다. 고체 종양의 약물의 침투 및 유지가 효능에 영향을 미치는 때문에, 우리는이 장치가 약물의 행동을 이해하고, 새로운 암 치료학 개발에 중요한 도구입니다 있다고 생각합니다.

Protocol

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1. 장치 제작

탄성 재료의 마이크로 유체 기능을 복제 더피 외에 기술 된 방법에 따라되었습니다. 1

  1. 믹스 엘라스토머 (polydimethylsiloxane, PDMS)과 9시 1분 무게 비율에 실리콘 엘라스토머 키트 (다우 코닝, 미들랜드, MI)에서 경화 에이전트와 4mm 두께의 층을 형성 할 수있는 마스터를 통해 부어. 가스를 제거하다 5 시간 동안 60 ° C에서 기포를 제거하고 혼합물을 치료합니다. 필은 탄성 중합체의 흐름 기능의 우표를 얻기 위해 금형에서 PDMS을 치료.
  2. 1.5 mm 생검 펀치 (Miltex, 뉴욕, PA)를 사용하여 유입구 및 유출구를위한 펀치 구멍은 드릴 프레스에 장착. 모든 파편을 빼낸다.
  3. 우표의 기능 측과 산소 플라즈마 식각 8 분 산소 플라즈마에 깨끗한 유리 슬라이드 될 수 있습니다. 그들 사이의 유대를 형성하기 위해 즉시 접촉 처리 표면을 가져와. 적어도 5 시간 동안 따뜻한 슬라이드 60 ° C에서 어셈블리를 유지s은 (는) 유대를 강화합니다.
  4. 가시 여성 luer 잠금 커넥터 (Qosina, Edgewood, NY)에 첨부 된 남성 luer 자물쇠의 인터페이스....

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Discussion

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종양의 vasculature은 희박한하고 병 7,8를 개발했다. vasculature 9 불구하고 공급 영양분과 약물에 액세스 할 수있는 혈관에서 (> 100 μm)까지 위치한 지역이 있습니다. 그 결과 이기종 microenvironment는 많은 chemotherapeutics (10)의 제한된 효과에 기여하고있다. 여기에 개발 된 마이크로 유체 장치는 체외에서, 동작 및 apoptotic 또는 괴사 세포를 proliferating 특징으로 이기종 종양의 microenvironment를 다시 만듭니다. 채널의 가까이에있는 세포 가능한하지만, 확산 제한 멀리 채널에서 영양 결핍 apoptotic 지역에 상승을 제공합니다. 유동 채널은 혈관을 상징하며 회전 타원체는 혈관에 인접한 종양 내 작은 지역을 나타냅니다.

장치에 spheroids을 도입하는 동안 방해가 조직의 흐름에 있기 때문에, 천공 입구 구멍 깨끗하고 .......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

관심 없음 충돌이 선언 없습니다.

Acknowledgements

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이 작품은 건강 교부금의 국립 연구소 # 1R01CA120825-01A1, 매사추세츠 애 머스트 대학의 공동 바이오 메디컬 연구 (CBR) 프로그램, 그리고 Bhushan J. Toley에 대한 Isenberg 장학금에 의해 지원되었다. 우리는 굉장히 제임스 Schafer, 비디오 기사를 고용, 나레이터,이 비디오 편집기의 귀중한 공헌을 인정합니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
시약의 이름 회사 카탈로그 번호 코멘트
실리콘 엘라스토머 키트 엘스 워드 접착제 184 실 Elast 키트
Miltex 생검 펀치 MedexSupply MTX-33-31AA 1.5 mm
PTFE 관 콜 Parmer EW-06417-31 0.032 "ID
남성 luer 잠금 커넥터 Qosina 65,111
가시 여성 luer 잠금 커넥터 Qosina 11,556
차단 밸브 Idex 보건 및 과학 P-721
Y-커넥터 Idex 보건 및 과학 P-513
20G 1.5 "바늘 BD Bioscienc전자 305176
트립신 - EDTA (에틸렌 다이아 민 테트라 초산) Invitrogen 25300-054
HEPES 시그마 H-4034
CaspGLOW Fluorescein Biovision K183-25
CaspGLOW 레드 Biovision K193-25
Doxorubicin 염산염 시그마 44,583
LS174T ATCC CCL-188 인간 대장 암 세포 라인
T47D ATCC HTB-133 인간 Ductal 암 세포 라인
MDA-MB-231 ATCC HTB-26 인간 유방 암종 세포 라인

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Duffy, D. C., McDonald, J. C., Schueller, O. J., Whitesides, G. M. Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane). Anal. Chem. 70, 4974-4984 (1998).
  2. Kelm, J. M., Timmins, N. E., Brown, C. J., Fussenegger, M., Nielsen, L. K.

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Microfluidic DeviceTumor MicroenvironmentHanging Drop MethodSoft LithographyTime Lapse MicroscopyDrug Diffusion CoefficientDoxorubicin PenetrationMulticellular Tumor SpheroidsPDMS FabricationContinuous Medium Perfusion

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