Een innovatieve methode voor het vervaardigen van microfluïdische apparaten met behulp van polyethyleentereftalaat (PET) laminering vermindert de kosten en complexiteit van het vangen en afbeelden van meerdere levende zebravisembryo's aanzienlijk.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Een innovatieve methode voor het vervaardigen van microfluïdische apparaten met behulp van polyethyleentereftalaat (PET) laminering vermindert de kosten en complexiteit van het vangen en afbeelden van meerdere levende zebravisembryo's aanzienlijk.
Zebravisembryo's zijn transparant en dus bij uitstek geschikt voor niet-invasieve intravitale beeldvorming van fundamentele processen, zoals wondgenezing en migratie van immuuncellen. Microfluïdische apparaten worden gebruikt voor insluiting ter ondersteuning van langdurige beeldvorming van meercellige organismen, waaronder zebravissen. De fabricage van deze apparaten met behulp van zachte lithografie vereist echter gespecialiseerde faciliteiten en competentie op het gebied van 3D-printen, die mogelijk niet voor elk laboratorium toegankelijk zijn. Onze aanpassing van een eerder ontwikkelde, goedkope lamineermethode voor polyethyleentereftalaat voor het bouwen van microfluïdische apparaten verhoogt de toegankelijkheid door ontwerp, fabricage en iteratie mogelijk te maken voor een fractie van de technische investering van conventionele technieken. We gebruiken een apparaat dat met deze methode is gemaakt, de Rotational Assistant for Danio Imaging of Subsequent Healing (RADISH), voor medicamenteuze behandeling, handmatige verwonding en langdurige beeldvorming van maximaal vier embryo's in hetzelfde gezichtsveld. Met dit nieuwe ontwerp leggen we met succes de grove morfologische kenmerken vast van het calciumsignaal rond laserablatie en handmatige transsectiewonden voor meerdere embryo's in de 2 uur onmiddellijk na het letsel, evenals de rekrutering van neutrofielen naar de wondrand gedurende 24 uur.
Het vermogen om adequaat te reageren op letsel is van cruciaal belang voor het voortbestaan van elk organisme op elke schaal, van een enkele cel tot meerdere weefsels. Verwonding en de daarmee samenhangende reacties, zoals rekrutering van fagocyten naar beschadigde gebieden1 zijn daarom belangrijke onderwerpen in de cel- en weefselbiologie. Wonden worden onmiddellijk gedetecteerd nadat de weefselbarrière is doorbroken, waardoor een weefselgradiëntrespons ontstaat met wondcontractie 2,3 die wondgenezing en daaropvolgende hergroei coördineert4. Vanwege de mechanische aard van deze samentrekking mogen gereedschappen die tijdens het experimenteren worden gebruikt, de beweging van cellen in de buurt van de plaats van de verwonding niet fysiek belemmeren.
Zebravisembryo's zijn een uitstekend model voor het bestuderen van ontwikkeling en ziekte, inclusief de wondrespons van gewervelde dieren, vanwege hun onderhoudsgemak, genetische traceerbaarheid en optische transparantie 5,6. Het is echter nodig om het hele organisme voor een langere periode te immobiliseren om het gedrag van cellen in de buurt van een verwondingsplaats op langere termijn te bestuderen. Het inbedden van embryo's in agarose met een laag smeltpunt is voldoende voor kortstondige beeldvorming van niet-gewond weefsel. De omringende gelmatrix beperkt echter de samentrekking en ontspanning van wonden en belemmert de groei van de zich ontwikkelende embryo's in de loop van de tijd 7,8,9.
Microfluïdische apparaten kunnen zebravisembryo's immobiliseren in verschillende ontwikkelingsstadia 10,11,12,13,14,15,16, en sommige, zoals de zWEDGI 7, zijn geschikt voor handmatige verwonding. Er zijn echter verschillende nadelen aan beschikbare apparaatontwerpen. Veel apparaten die rechtstreeks op plastic zijn geprint, zijn bijvoorbeeld niet compatibel met beeldvorming op omgekeerde microscoopsystemen vanwege de slechte optische transparantie. Bovendien maken parallelle kanalen multipositionele beeldvorming mogelijk10,11, maar de fysieke beweging van de microscooptrap zorgt voor vertraging in de beeldacquisitie. Herhaalde iteratie en optimalisatie om deze problemen op te lossen zijn moeilijk als we kijken naar de financiële en technische investeringen die nodig zijn voor elk nieuw ontwerp, vooral voor de huidige gouden standaardmethoden voor de fabricage van apparaten met behulp van polydimethylsiloxaan (PDMS) zachte lithografie. De allereerste stap, het maken van een mastermatrijs, vereist vaak kennis van 3D-modelleringssoftware, toegang tot gespecialiseerde fabricageapparatuur en (afhankelijk van het gebruikte materiaal) een aanvullende antiadhesiebehandeling zoals silanisatie voordat de mal ooit wordt gebruikt. Het uitharden van de PDMS na het gieten duurt minstens een uur bij hoge temperaturen en moet over het algemeen onder een vacuüm of met een klem worden gedaan voor het beste resultaat, vaak in een cleanroom 7,17,18. Net als in de ontwikkelingsbiologie kunnen deze kosten snel onbetaalbaar blijken te zijn voor experimenten die veel unieke microfluïdische omgevingen in meerdere modellen vereisen.
Van de beschikbare alternatieve bouwmaterialen is polyethyleentereftalaat (PET) duurzaam, niet-toxisch en gemakkelijk te manipuleren. PET-vellen zijn algemeen verkrijgbare plastic lamineerzakjes die in de meeste winkels voor kantoorbenodigdheden worden gedragen, met vooraf aangebrachte thermisch geactiveerde lijm (meestal ethyleenvinylacetaat). Door deze PET-platen vorm te geven met behulp van in de handel verkrijgbare ambachtelijke snijders (d.w.z. computergestuurde snijplotters die zijn ontworpen voor hobbygrafen) en de lagen aan elkaar te hechten met behulp van standaard thermische lamineerapparatuur, kan een breed scala aan potentiële ontwerpen snel worden gegenereerd en herhaald. Daarom hebben wij een eerder beschreven ontwerp- en constructiemethode met gestapeld PET18 aangepast om het Rotationele Asistant te creëren voor de productie van Subsequent Healing (RADIS) (Figuur 1A,B). Een roterende opstelling van verschillende ongeveer wigvormige beperkende kanalen optimaliseert de nabijheid en biedt ruimte voor handmatige overdracht van de staartvin, waardoor beeldvorming onmiddellijk na verwonding mogelijk is en gelijktijdige langdurige beeldvorming van meerdere gewonde zebravisembryo's binnen hetzelfde gezichtsveld. Bovendien vermindert deze constructiemethode de initiële kapitaalkosten en de tijd die nodig is voor de constructie van het apparaat drastisch, terwijl de herbruikbaarheid behouden blijft.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Deze studie gebruikte embryo's van 3 dagen na de bevruchting (dpf), maar kan worden ontworpen om embryo's van 2-14 dpf te gebruiken. Het zebravisexperiment werd uitgevoerd volgens internationaal aanvaarde normen. Het protocol voor dierenverzorging en -gebruik is goedgekeurd door het Purdue Animal Care and Use Committee (PACUC), in overeenstemming met de richtlijnen voor het gebruik van zebravissen in het NIH Intramural Research Program (protocolnummer: 1401001018).
1. Assemblage van het PET-microfluïdische apparaat
OPMERKING: Elk deel van dit protocol kan op elk moment worden gepauzeerd, met uitzondering van de stappen 1.8 en 1.9, die gevoelig zijn voor de droogtijd van cyanoacrylaat.
2. Positionering van de embryo's in de radijs en voorbereiding op beeldvorming
3. Beeldvorming van calciumtransiënten na verwonding
OPMERKING: Dit gedeelte en hoofdstuk 4 zijn optioneel en worden geleverd als mogelijke voorbeeldexperimenten.
4. Beeldvorming van de rekrutering van neutrofielen na verwonding
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Voor vergelijking van de beeldkwaliteit geproduceerd door een laserscanning confocaal met en zonder de hulp van de radijs, werden embryo's die de intensiometrische calciumbiosensor GCaMP6f22,24 in de buitenste epitheellaag tot expressie brengen, gekleurd met MemGlow 560 en afgebeeld met een omgekeerde laserscanning confocaal die de gehele dikte van de staartvinplooi bedekte met een tijdsinterval van 1 minuut per frame (Vi...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het uitgangspunt van de PET-lamineermethode is kostenreductie en minimalisering van technische toetredingsbarrières in vergelijking met traditionele middelen voor het maken van microfluïdische apparaten, zoals zachte lithografie of PDMS-gieten. Als zodanig zijn de enige kritieke stappen in dit protocol de nauwkeurige uitlijning van PET-lagen tijdens het lamineren en het waterdicht maken van de apparaatranden na de constructie. Alle andere delen van de methode kunnen worden aangepast aan ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen belangenconflicten te onthullen.
Het werk werd ondersteund door onderzoeksfinanciering van de National Institutes of Health (R35GM119787 tot QD). Dit werk is gebaseerd op inspanningen die worden ondersteund door EMBRIO Institute, NSF-contract #2120200, een National Science Foundation (NSF) Biology Integration Institute. Confocale beeldvorming werd uitgevoerd in de Purdue Imaging Facility. We danken Dr. Guangjun Zhang (Purdue University) voor het verstrekken van de Tg(UAS:GCaMP6f)-lijn. We danken Dr. David Tobin (Duke University) voor het verstrekken van de (cdh1-tdtomato)xt18-lijn.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 25 mm diameter round coverglass #1 thickness | Chemglass Life Sciences | CLS-1760-025 | Basismontagemateriaal. De dikte is gekozen op basis van de specificaties van de microscooplens. |
| Adobe Illustrator v28.5 | Adobe | N/A | Vectoreditor voor het ontwerpen van het apparaatpatroon. |
| Calcium Chloride Dihydrate | Fisher | C79 | Voor het maken van E3-medium. |
| Design PNG Files (Online Mirror) | N/A | N/A | https://i.ibb.co/QPYj7BL/multipositionalv7-1.png https://i.ibb.co/FDpQYXc/multipositionalv7-2.png https://i.ibb.co/5TG4SB6/multipositionalv7-3.png |
| Design Space for Desktop v8.39 | Cricut | N/A | Propriëtaire software om de knipmachine aan te drijven. |
| Fusion Plus 7000L | GBC | 1703098 | Thermische lamineerder. Dit specifieke model werd geselecteerd vanwege kwaliteitsfuncties, zoals maximale vouwformaat. |
| German Carbide Premium Blade | Cricut | 10396595 | Vervangende mes voor de knipmachine. |
| Gray Basic Tool Set | Cricut | 10307854 | Gereedschapsset voor het verwijderen van sneden, het schoonmaken van matten en het monteren van PET-platen. Optioneel. |
| Magnesium Chloride Hexahydrate | Acros Organic | 223211000 | Voor het maken van E3-medium. |
| Maker 3 | Cricut | 10669040 | Knipmachine. De Cricut Maker 3 werd geselecteerd boven de Silhouette Cameo 4 voor de gebruiksvriendelijkheid van de software, maar elke knipmachine die zwart-wit afbeeldingen kan lezen, zal werken. |
| MemGlow 560 | Cytoskeleton | MG02-10 | Rode levende celaankleurmiddel voor celmembranen. Geen wassing nodig. Gebruikt in Figuur 3. |
| No. 22 Carbon Scalpel Blade | Surgical Design | 22-079-697 | Mes voor handmatige snijcorrecties. Elke vergelijkbare knipmes (bijv. X-acto #2 mes) zal ook werken. |
| Potassium Chloride | Fisher | BP366 | Voor het maken van E3-medium. |
| Sodium Chloride | Fisher | BP358 | Voor het maken van E3-medium. |
| StandardGrip Adhesive Cutting Mat | Cricut | 10138842 | Montagemat voor knipmachine. De LightGrip snijmat zal ook werken, maar vermijd de StrongGrip en FabricGrip snijmatten, omdat de kracht van de kleefstof het uiteindelijke snijden kan vervormen tijdens het onkruid wieden en verwijderen. De kleefstof op matten zal uiteindelijk slijten bij voortgezet gebruik; vervang matten indien nodig. |
| Stationery Tape 12 mm | Deli | 30014 | Kantoortape. Deli-merk werd gekozen na testen op gemak van verwijdering na lamineren. |
| Super glue, liquid | Loctite | 1364076 | Cyanoacrylaatlijm. Gebruikte lijm moet vloeibaar zijn. Gelformuleringen zullen de randen van het apparaat niet voldoende afdichten of waterdicht maken. |
| PET Thermal Laminating Pouches, 3 mil | Scotch | TP3854 | PET-platen met thermische kleefstof. Platen komen aan als gesandwichde paren en moeten voor gebruik worden gescheiden. Snijd met de kleefzijde naar beneden. |
| PET Thermal Laminating Pouches, 5 mil | Scotch | TP5854 | PET-platen met thermische kleefstof. Platen komen aan als gesandwichde paren en moeten voor gebruik worden gescheiden. Snijd met de kleefzijde naar beneden. |
| Tricaine (MS-222) | Syndel | IC10310680 | Visanestheticum. |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.