AC 전기영동을 이용한 비전이성(MCF-7) 및 비종양(MCF-10A) 유방암 세포 분리를 위한 미세유체 장치

이 프로토콜은 전도도를 일정하게 유지하고 적용된 주파수를 변경하여 제어 된 방식으로 암과 건강한 세포를 분리 할 수 있습니다. 이 프로토콜은 AC 이전기영동을 사용하여 비전이성 유방암 세포와 비종양성 유방 상피 세포의 제어된 분류를 시뮬레이션합니다. 이 기술은 유전 특성을 기반으로 한 비전이성 유방암 세포와 비종양 유방 상피 세포의 인라인 분리에 대한 최초의 시뮬레이션 기반 예입니다.

시작하려면 Multiphysics 소프트웨어를 열고 빈 모델을 선택한 다음 전역 정의를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭합니다. 매개변수를 선택하고 표 1에 제공된 매개변수를 텍스트 파일로 전역 정의로 가져오거나 값을 개별적으로 입력합니다. 홈 탭에서 구성요소 추가를 선택하고 2D 구성요소를 추가합니다.

형상을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 파일을 두 번 클릭하여 모델 파일을 가져옵니다. 빈 재질을 선택하고 표 1의 재질 속성을 사용합니다. 홈 탭으로 이동하여 물리 추가를 선택하고 AC/DC를 입력합니다.

그런 다음 전기장 및 전류의 하위 노드 아래의 AC / DC 노드로 이동하여 전류를 물리학으로 선택하십시오. 전류를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 전류 보존, 절연 및 전위 하위 노드를 선택하여 전극에 전위를 할당하기 위해 채널 벽을 절연합니다. 그런 다음 홈 탭에서 물리 추가를 선택하고 유체 흐름 노드 아래에서 하위 노드 단상 흐름으로 이동하여 크리핑 흐름 물리를 선택합니다.

단상 흐름을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 벽 하위 노드를 사용하여 칩 경계를 벽으로 렌더링합니다. 단상 흐름을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 두 개의 입구 하위 노드와 하나의 출구 하위 노드를 추가합니다. 입구 하위 노드를 사용하여 입구를 지정하고 정상 및 유속을 경계 조건으로 사용합니다.

콘센트 하위 노드를 사용하여 콘센트를 할당합니다. 그런 다음 홈 탭에서 물리 추가를 선택하고 유체 흐름 노드 아래에서 입자 추적의 하위 노드로 이동하여 입자 추적 흐름 물리학을 선택합니다. 입자 추적 노드를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 설정을 확인합니다.

입자 속성 하위 노드를 사용하여 MCF-10A 및 MCF-7 셀의 입자 속성을 설정합니다. 전역 정의 섹션 아래의 매개변수에서 입자 특성을 선택합니다. 항력 하위 노드를 추가하여 두 유형의 셀에 전기영동력을 할당합니다.

이 경우 매개변수 단면에서 입자 특성을 추가합니다. 이제 Add Mesh(메시 추가)를 선택하고 홈 탭에서 Fine Mesh(미세 메시)를 선택합니다. 메시를 만들려면 메시 만들기를 선택하고 스터디 추가를 클릭하여 세 가지 스터디 단계를 추가합니다.

연구 1단계는 주파수 응답을 시뮬레이션하고 주파수 영역 하위 노드를 사용하는 것입니다. 크리핑 흐름을 시뮬레이션하려면 고정 스터디 노드를 선택합니다. 두 개의 시간 종속 단계를 추가하여 이전기영동력이 있는 조건과 이전기영동력이 없는 조건을 시뮬레이션합니다.

노드 이전기영동 조건의 경우 물리 및 변수 선택을 선택하고 스터디 설정에 대한 모델 구성 수정 상자를 선택한 다음 이전기영동 단계를 비활성화합니다. 이전기영동 조건의 경우 비활성화하지 마십시오. 파일을 저장한 후 시뮬레이션을 실행합니다.

비전이성 유방암 및 비종양성 유방 상피 세포주를 도입하여 CFD 시뮬레이션을 수행한 후 두 세트의 CFD 연구를 해결합니다. 첫 번째 세트의 경우 스터디 1을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 파라메트릭 스윕 하위 노드를 추가합니다. 더하기 기호를 눌러 유체 매체 전도도 sigma_m 스윕 변수로 추가합니다.

유체 매체 전도도 sigma_m 미터당 0.01에서 2.5 Siemens에 대해 파라메트릭 스윕 스터디를 수행하여 적용된 주파수를 800킬로헤르츠로 일정하게 유지합니다. 두 번째 세트의 경우 적용된 AC 주파수를 100킬로헤르츠에서 100메가헤르츠로 변경하여 유체 매체의 전도도를 미터당 0.4지멘스로 고정sigma_m 하여 파라메트릭 스윕 연구를 수행합니다. 이전기영동력 서브노드 하에서 이 방정식을 사용하여 전도성 매질에서 유전체 구형 입자에 가해지는 전기영동력의 강도를 계산합니다.

이전기영동력 서브노드 아래의 구형 입자에 대해 이 방정식을 사용합니다. 이전기영동력 서브노드 아래의 구형 입자의 경우 이 방정식을 사용합니다. 이전 방정식의 수정된 형태를 사용하여 더 복잡하고 다층 구조를 갖는 포유류 세포와 같은 생물학적 세포를 모델링합니다.

그런 다음이 방정식을 사용하여 복잡한 투자율을 풉니 다. 그런 다음 REK를 암과 건강한 세포에 적용된 전기장의 함수로 플로팅합니다. 결과 노드를 마우스 오른쪽 단추로 클릭합니다.

입자 평가 하위 노드를 추가합니다. 그리고 표현식 섹션에 fpt.deff1을 입력합니다. K를 사용하여 입자 1과 fpt.deff2에 대한 CM 계수를 플로팅합니다.

입자 2의 경우 K. 0.01 지멘스 / 미터의 유체 매체 전도도 및 100 킬로 헤르츠의 AC 주파수에서 MCF-10A 및 MCF-7 셀은 REK 값이 0.82 및 0.76 인 양성 전기 영동을 경험합니다. 미터당 0.4 지멘스의 전도도에서 MCF-10A 및 MCF-7은 각각 마이너스 0.46 및 마이너스 0.31의 REK 값으로 음의 이전기 영동 거동을 보였다.

전도도가 미터당 1.2 지멘스로 증가했을 때, 세포주는 REK 값이 마이너스 0.49 및 마이너스 0.43인 100킬로헤르츠에서 음성 이전기영동을 경험했습니다. 미터당 0.01 지멘스의 전도도 하에서 두 세포 유형 모두 양성 전기 영동을 경험하고 높은 전계 강도 영역으로 이동하여 상단 콘센트에서 벗어났습니다. MCF-10A 셀은 상단 콘센트로 이동한 반면, MCF-7 셀은 인가 주파수가 0.8메가헤르츠로 고정된 상태에서 전도도가 미터당 0.4지멘스로 증가했을 때 하단 콘센트로 이동했습니다.

배지 전도도가 미터당 1.2 지멘스로 증가함에 따라 세포주는 높은 전기장 영역에서 멀어졌습니다. 100 킬로 헤르츠 주파수에서 두 세포주 모두 음성 전기 영동을 경험하고 하단 출구쪽으로 이동했습니다. 두 세포주의 거동은 0.8 메가헤르츠까지 변하지 않았다.

그 외에도 MCF-10A는 이전기영동 거동을 변화시키고 양성 이전기영동 영역으로 넘어갔습니다. 100 메가헤르츠에서, 두 세포주 모두 양성 이전기영동을 경험하였고 상단 배출구로 이동하였다. 이러한 기술은 생존 가능한 세포와 생존 불가능한 세포를 분리하고 유전 특성이 동일하지 않은 경우 다른 유형의 암세포를 분류하려는 연구자에게 새로운 장소를 열 것입니다.

또한 동일한 방법을 사용하여 다양한 크기를 기준으로 정렬할 수 있습니다.