June 22nd, 2012
microvascular 크기의 채널 (<30 μm의)와 microfluidic 장치의 전체 내부 3D 표면에 걸쳐 문화 내피 세포 단일층를하는 방법이 설명되어 있습니다. 이 체외에서 microvasculature 모델은 혈액 세포, 내피 세포, 그리고 hematologic 질병 용해 요인 간의 biophysical 상호 작용 연구를 가능하게합니다.
이 절차의 전반적인 목표는 내피 세포로 코팅된 미세유체 장치를 만드는 것입니다. 이것은 먼저 미세유체 주형을 제작함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계는 PDMS 채널을 만드는 것입니다.
다음으로, 내피 세포가 장치에 파종됩니다. 마지막 단계는 장치 내의 세포를 배양하는 것입니다. 궁극적으로, 내피 세포로 코팅된 미세유체 장치는 체외에서 세포 간의 상호 작용을 보여주는 데 사용됩니다.
기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 연구자에게 생물학적 및 생물물리학적 조건을 엄격하게 제어하고 형광 현미경 검사와 호환된다는 것입니다. 이 방법은 혈액 질환의 생물물리학적 세포 세포 상호 작용에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만 백혈구 생물학, 암 전이 및 조혈 줄기 세포 생물학과 같은 현상에도 적용할 수 있습니다. 일반적으로 이 방법을 처음 접하는 개인은 성공적인 세포 착석을 위해 조건을 엄격하게 제어해야 하기 때문에 어려움을 겪을 것입니다.
제작을 준비하기 위해 Microfluid 장치의 컴퓨터 지원 설계 이미지를 외부 마스크 공급업체에 제출하여 포토 마스크를 만듭니다. 일단 받으면 마스크는 소다 라임 유리의 크롬 층으로 구성됩니다. 여기서 마이크로 유체 채널 너비는 30 미크론입니다.
미세유체 장치의 제조를 시작하려면 피라냐로 노출된 실리콘 웨이퍼를 15분 동안 세척한 다음 10초 동안 탈이온수로 헹굽니다. 그런 다음 실리콘 웨이퍼를 불산에 30초 동안 담그고 약 10초 동안 탈이온수로 헹굽니다. 다음으로, 스핀 코터 스핀 마이크로 켐 SU 8 20 25 포토 레지스트를 사용하여 분당 3000 회전의 스핀 속도를 사용하여 30 미크론 높이의 웨이퍼 상에 복사한다.
SU 8 20 25 코팅 웨이퍼를 섭씨 95도로 설정된 핫 플레이트에 5분 동안 올려 놓고 과도한 용매를 제거합니다. 이 단계에는 오븐을 사용하지 않는 것이 좋습니다. 이제 포토 마스크를 웨이퍼 위에 놓고 마스크 라이너에서 자외선에 노출시켜 SU 8 20 25 포토 레지스트를 교차 교차 연결합니다.
가교 후 웨이퍼를 섭씨 95도의 핫 플레이트에 다시 올려 놓고 5분 더 기다립니다. SU 8 20 25 포토 레지스트의 중합을 더욱 가속화합니다. 그런 다음 주로 P-G-M-E-A로 구성된 SU 8 현상액에 웨이퍼를 4분 동안 담그십시오.
이렇게 하면 가교되지 않은 SU 8 20 25 사진이 제거됩니다. 반항하다. 새로 개발된 웨이퍼를 100% 이소프로필 알코올로 10초 동안 헹군 다음 가압 질소를 사용하거나 깨끗한 흄 후드에서 웨이퍼에서 용매가 몇 분 동안 증발하도록 하여 건조시킵니다. 이제 건조된 웨이퍼를 페트리 접시 중앙에 테이프로 붙이고 테이프를 웨이퍼 가장자리에 조심스럽게 놓습니다.
마지막으로 500마이크로리터의 시그마 코팅을 웨이퍼에 피펫으로 코팅합니다. 페트리 접시를 뚜껑으로 덮은 다음 접시를 휘젓어 웨이퍼가 완전히 코팅되도록 합니다. 뚜껑을 제거하고 모든 용매가 증발할 때까지 웨이퍼를 몇 분 동안 건조시킵니다.
PDMS 폴리머와 경화제를 중량당 10:1 중량 비율로 혼합한 후, 사용 가능한 진공 시스템의 강도에 따라 몇 분에서 1시간 동안 진공 건조제를 사용하여 기포를 제거합니다. 기포를 모두 제거한 후 혼합물을 접시에 부어 웨이퍼와 접시 표면이 덮이도록 합니다. 약 5mm 두께의 PDMS 시트를 만듭니다.
또한 1mm 두께의 얇고 특징이 없는 PDMS 조각을 만듭니다. 그런 다음 섭씨 60도의 오븐에서 하룻밤 동안 혼합물을 경화시킵니다. 다음 날, 칼이나 메스를 사용하여 웨이퍼 주위를 자르고 여러 PDMS 미세유체 장치를 제거합니다.
그런 다음 시트를 잘라 개별 장치를 분리합니다. 미세유체 장치보다 약간 큰 PDMS 시트를 자릅니다. 이제 핀 바이스 Harris 유니콘 또는 유사한 장치를 사용하여 미세 유체 장치에 입구 및 출구 구멍을 만듭니다.
다음으로, 스카치 테이프를 사용하여 미세 유체 장치와 시트의 표면을 청소합니다. 그런 다음 플라즈마 클리너를 사용하여 미세 유체 장치 및 PDMS 시트의 표면을 30초 동안 산소 플라즈마에 노출시킵니다. 산소 플라즈마는 PDMS의 노출된 표면에 반응성 종을 생성하며, 이는 물리적 접촉을 할 때 결합됩니다.
다음으로, 20게이지 뭉툭한 바늘이 장착된 1ml 주사기에 밀리리터당 50마이크로그램을 채웁니다. 그런 다음 PBS에서 인간 혈장에서 추출한 피브로넥틴을 바늘 위에 튜브 길이에 맞춥니다. 더 얇은 튜브 조각을 첫 번째 튜브 조각에 삽입하여 두 튜브 조각 사이에 마찰 맞춤을 만듭니다.
그런 다음 더 얇은 튜브 조각의 다른 쪽 끝을 미세 유체 장치의 입구에 부착합니다. 주사기에 압력을 가하여 채널을 피브로넥틴 용액으로 완전히 채우고 아웃룩 포트에 100마이크로리터의 작은 방울을 만들어 채널이 젖은 상태를 유지하도록 합니다. 이제 미세유체 장치를 섭씨 37도의 가습 인큐베이터에서 40-60분 동안 배양합니다.
배양 후 PBS로 채워진 새 주사기를 뭉툭한 바늘에 연결합니다. PBS로 미세유체 장치를 세척하기 위해 압력을 가합니다. 500, 000에서 2백만개의 세포를 인간적인 배꼽 정맥 내피 세포의 밀리리터 당 준비하거나, 8%dextran를 가진 내피 성장 매체에서 있으십시오.
덱스트란을 추가하면 세포가 미세유체 장치 내에서 성공적으로 접착되고 배양할 가능성이 높아집니다. 필러 클린 주사기는 뭉툭한 바늘과 세포 현탁액이 있는 더 넓은 튜브가 장착되어 있으며 약 1미터 길이의 더 긴 튜브를 연결합니다. 모든 연결 사이의 누출을 방지하기 위해 튜브가 꼭 맞는지 확인하는 것이 중요합니다.
세포 용액으로 튜브를 프라이밍하고 주사기 또는 튜브에 기포가 없는지 확인하여 시스템 성능을 최적화합니다. 이 시점에서 누출이나 기포가 시스템에 유입되는 것을 방지하는 것이 중요합니다. 용액이 누출되거나 매체에 기포가 존재하면 내피 세포가 성공적으로 앉는 것을 방해합니다.
모든 기포가 제거되고 튜브의 전체 길이가 세포 현탁액으로 프라이밍되면 주사기를 펌프에 놓고 다른 쪽 끝을 미세유체 주입구에 부착합니다. 주사기 펌프는 미세유체 장치와 동일한 높이로 설정됩니다. 긴 길이의 튜브는 인큐베이터 내부에 조심스럽게 감겨 세포와 매체가 장치와 접촉하기 전에 적절하게 가열되도록 합니다.
그런 다음 세포 현탁액은 우리 시스템에서 섭씨 37도 및 5% 이산화탄소에서 2시간 동안 분당 1.23마이크로리터의 체적 유량으로 미세유체 장치에 주입됩니다. 분당 1.23마이크로리터의 체적 독감 속도는 가장 작은 채널에서 초당 1mm의 중류 속도에 해당합니다. 이것은 전혈을 사용하여 해당 채널에서 1 센트당 제곱의 벽 전단 응력을 근사화합니다.
세포 현탁액 주입이 완료되면 동일한 주사기 펌프와 더 큰 주사기가 있는 긴 튜브를 사용하여 분당 1.23마이크로리터의 속도로 2일에서 8일 동안 신선한 성장 배지를 주입합니다. 세포 단층이 원하는 합류 수준에 있을 때 실험을 위해 혈액 또는 세포 현탁액을 시스템에 주입합니다. 여기서, 마이크로 유체 장치는 내피화 전에 표시됩니다.
미세유체 장치에는 혈관 구조의 생리학을 모방한 장치의 크기, 규모 및 전반적인 디자인을 설명하기 위해 식용 색소가 주입되었습니다. 명시야 현미경은 미세유체 장치의 내피화를 보여줍니다. 이 이미지는 설명된 프로토콜을 사용하여 파종한 후 48시간 이내에 획득되었으며, 최적화된 관류 기술을 통해 내피 세포가 미세유체 시스템의 전체 내부 표면을 유창하게 배양할 수 있습니다.
세포 파종 후 24-48시간 이내. 이 컨포칼 이미지에서 볼 수 있듯이, 마이크로 채널이 있는 칩의 미세혈관 종양은 대부분의 겸상 적혈구 미세혈관 폐쇄 사건 부위를 제외한 30미크론 크기의 모세혈관 후 종양과 비슷합니다. 이 실험에서는 건강한 환자의 전혈을 탈산소화된 상태에서 칩 장치의 미세 혈관 구조에 주입합니다.
이 영화는 내피 미세유체계에서 전혈의 흐름이 미세채널 폐색 영역이 없이 규칙적이고 원활하며 연속적임을 보여줍니다. 여기에서 겸상 적혈구 질환 환자의 전혈을 칩 장치의 미세 혈관 구조에 주입합니다. 탈산소화된 상태에서는 혈류의 현저한 변화가 여러 채널에 존재하는 완전한 폐색과 함께 볼 수 있습니다.
이 절차를 시도하는 동안 튜브를 교체할 때 기포가 유입되지 않도록 하는 것이 중요합니다. 완성된 장치는 형광 현미경 검사와 호환되며 기존 형광 분석에 적용할 수 있습니다. 이 기술은 실험용 혈액학자가 통제된 생물물리학적 및 혈류역학적 환경에서 단일 세포를 사용하여 실험을 수행할 수 있는 길을 열어줍니다.
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이 문서는 미세혈관 크기의 채널이 있는 미세유체 장치에서 내피 세포 단일층을 배양하는 방법을 설명합니다. 이 체외 모델은 혈액 세포, 내피 세포 및 용해성 인자 간의 상호작용을 연구하는 데 도움이 됩니다.
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.