Ten raport opisuje metodę opartą na chipie mikroprzepływowym, która pozwala na przeprowadzenie eksperymentu z pojedynczą hodowlą komórkową, w którym można uzyskać wysokowydajne parowanie i mikroskopową analizę wielu pojedynczych komórek.
Artykuł metodologiczny
Ten raport opisuje metodę opartą na chipie mikroprzepływowym, która pozwala na przeprowadzenie eksperymentu z pojedynczą hodowlą komórkową, w którym można uzyskać wysokowydajne parowanie i mikroskopową analizę wielu pojedynczych komórek.
Testy kohodowli komórkowych były szeroko stosowane do badania interakcji komórka-komórka między różnymi typami komórek, aby lepiej zrozumieć biologię chorób, w tym raka. Wyjaśnienie złożonego mechanizmu interakcji międzykomórkowych w wysoce heterogenicznych populacjach komórek przy użyciu konwencjonalnych systemów kohodowli jest jednak trudne, ponieważ niejednorodność subpopulacji komórek jest przesłonięta średnimi wartościami; Konwencjonalne systemy kohodowli mogą być używane tylko do opisywania sygnału populacji, ale nie są w stanie śledzić zachowania poszczególnych komórek. Co więcej, konwencjonalne metody eksperymentalne z pojedynczymi komórkami mają niską skuteczność w manipulacji komórkami ze względu na rozkład Poissona. Mikrofabrykowane urządzenia są nową technologią do badań jednokomórkowych, ponieważ mogą dokładnie manipulować pojedynczymi komórkami przy wysokiej przepustowości i mogą zmniejszyć zużycie próbek i odczynników. W tym miejscu opisujemy koncepcję i zastosowanie chipa mikroprzepływowego do wielu kokultur jednokomórkowych. Chip może skutecznie wychwytywać wiele typów pojedynczych komórek w komorze hodowlanej (~46%) i ma wystarczającą przestrzeń do hodowli przydatną do badania zachowania komórek (np. migracji, proliferacji itp.) w interakcji komórka-komórka na poziomie pojedynczej komórki. Komórki śródbłonka limfatycznego i raka płaskonabłonkowego jamy ustnej wykorzystano do przeprowadzenia eksperymentu z kohodowlą pojedynczych komórek na platformie mikroprzepływowej do badań interakcji wielu pojedynczych komórek na żywo.
Efektywne przechwytywanie różnych typów pojedynczych komórek i zapewnienie wystarczającej przestrzeni do hodowli jest potrzebne do eksperymentów z kokulturą pojedynczych komórek wielu typów pojedynczych komórek1. Ograniczenie rozcieńczenia jest najczęściej stosowaną metodą przygotowania pojedynczych komórek do takich eksperymentów, ze względu na niski koszt wymaganego sprzętu. Jednak ze względu na ograniczenie rozkładu Poissona, maksymalne prawdopodobieństwo przejęcia pojedynczej komórki wynosi tylko 37%, co sprawia, że operacja eksperymentalna jest pracochłonna i czasochłonna2. W przeciwieństwie do tego, użycie sortowania komórek aktywowanych fluorescencją (FACS) może przezwyciężyć ograniczenie rozkładu Poissona, aby wysoce efektywnie przygotować pojedyncze komórki3. Jednak FACS może nie być dostępny dla niektórych laboratoriów ze względu na drogie oprzyrządowanie i koszty konserwacji. Mikrofabrykowane urządzenia zostały niedawno opracowane do chwytania pojedynczych komórek4, parowania pojedynczych komórek5 i hodowli pojedynczych komórek. Urządzenia te są korzystne ze względu na ich zdolność do dokładnego manipulowania pojedynczymi komórkami6, przeprowadzania eksperymentów o wysokiej przepustowości lub zmniejszania zużycia próbek i odczynników. Jednak przeprowadzanie eksperymentów z kokulturą pojedynczych komórek z wieloma typami komórek za pomocą obecnych urządzeń mikroprzepływowych jest nadal trudne ze względu na ograniczenia rozkładu Poissona1,7,8, lub niezdolność urządzeń do przechwytywania więcej niż dwóch typów pojedynczych komórek4,5,6,9,10.
Na przykład, Yoon et al. opisali urządzenie mikroprzepływowe do badania interakcji komórka-komórka11. To urządzenie wykorzystuje metodę probabilistyczną do parowania komórek w jednej komorze. Jednak może osiągnąć parowanie tylko dwóch różnych typów ogniw ze względu na ograniczenia geometryczne w strukturze urządzenia. W innym raporcie Lee i in. zademonstrowano deterministyczną metodę przechwytywania i parowania pojedynczych komórek12. To urządzenie zwiększa wydajność parowania metodą deterministyczną, ale jest ograniczona przez wydłużony czas pracy wymagany do sparowania komórek. W szczególności przechwycenie drugiej komórki można przeprowadzić dopiero po przyczepieniu pierwszej przechwyconej komórki do powierzchni po 24 godzinach. Zhao i in. opisali urządzenie mikroprzepływowe oparte na kropelkach, które wychwytywało dwa typy pojedynczej komórki13. Możemy stwierdzić, że urządzenie mikroprzepływowe oparte na kropelkach jest nadal ograniczone do rozkładu Poissona i może być stosowane tylko na komórkach nieprzyłączonych i nie jest możliwa zmiana roztworu hodowlanego podczas procesu hodowli.
Poprzednio opracowaliśmy mikroprzepływowy "hydrodynamiczny układ wahadłowy", który wykorzystuje deterministyczne siły hydrodynamiczne do przechwytywania wielu typów pojedynczych komórek do komory hodowlanej, a następnie może przeprowadzać eksperyment z kokulturą komórkową w celu analizy indywidualnych zachowań migracji komórek w interakcjach komórka-komórka14. Hydrodynamiczny układ wahadłowy składa się z ustawionych w szeregu zestawów jednostek, z których każda zawiera serpentynowy kanał obejściowy, miejsce przechwytywania i komorę hodowlaną. Wykorzystując różnicę w oporach przepływu między kanałem obejściowym serpentyny a komorą hodowlaną oraz specjalnie zaprojektowaną procedurę operacyjną, różne typy pojedynczych komórek mogą być wielokrotnie wychwytywane w komorze hodowlanej. Warto zauważyć, że duża przestrzeń w komorze hodowlanej może nie tylko zapobiec wypłukaniu komórki podczas wychwytywania komórki, ale także zapewnić wystarczającą przestrzeń dla komórek do rozprzestrzeniania się, proliferacji i migracji, co pozwala na obserwację żywych interakcji pojedynczych komórek. W tym artykule skupimy się na produkcji tego urządzenia i szczegółowych krokach protokołu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Wykonanie formy waflowej metodą miękkiej litografii
UWAGA: Dane dotyczące wzoru maski są dostępne w naszej poprzedniej publikacji14.
2. Przygotowanie urządzenia PDMS do przechwytywania wielu pojedynczych komórek
3. Przygotowanie zawiesiny jednokomórkowej
UWAGA: Typy komórek obejmują ludzkie komórki śródbłonka limfatycznego (LEC), ludzkie komórki OSCC TW2.6 wyrażające shRNA specyficzne dla WNT5B (WNT5B sh4) i kontrolę wektorową (pLKO-GFP), które uzyskano z naszego poprzedniego badania15. Zapoznaj się z naszą poprzednią publikacją, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat etapów uprawy.
4. Wielokrotne przechwytywanie pojedynczych komórek i potrójna hodowla jednokomórkowa
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Urządzenie ma strukturę trójwarstwową, jak pokazano na zdjęciu przekroju poprzecznego urządzenia PDMS (Rysunek 1A). Pierwsza warstwa zawiera miejsce wychwytywania (6,0 μm szerokości i 4,6 μm wysokości), które łączy komorę hodowlaną i kanał obejściowy. Różnica w oporach przepływu między komorą hodowlaną a kanałem obejściowym powoduje, że komórki przepływają do pozycji wychwytywania i wypełniają wejście małej ścieżki. Po przechwyceniu komórki w miejscu p...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Interakcje międzykomórkowe różnych komórek w mikrośrodowisku guza odgrywają ważną rolę w progresji guza17. Aby zrozumieć mechanizm interakcji komórka-komórka, jako powszechną metodę analityczną stosuje się systemy kohodowli. Jednak mnogość typów komórek i niejednorodność samych komórek doprowadziły do złożoności eksperymentalnej i trudności analitycznych.
Hydrodynamiczny chip wahadłowy umożliwia wielokrotne ładowanie pojedynczych komórek w komorze hodowlanej metodą dete...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.
Ta praca była wspierana przez grant z Ministerstwa Nauki i Technologii (105-2628-E-400-001-MY2) oraz program doktorancki z inżynierii tkankowej i medycyny regeneracyjnej, National Chung Hsing University i National Health Research Institutes.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Zaawansowana mikroprzepływowa taśma medyczna 3M do diagnostyki poliolefin | 3M Company | 9795R | |
| Antybiotyki | Biowest | L0014-100 | Glutamina-penicylina-streptomycyna |
| Oprogramowanie AutoCAD | Autodesk | AutoCAD LT 2011 | Nr części 057C1-74A111-1001 |
| Niebieski barwnik CMAC CellTracke | Invitrogen | C2110 | |
| CellTracker Zielony barwnik CMFDA | Invitrogen | C7025 | |
| Piec konwencjonalny | YEONG-SHIN firma | ovp45 | |
| Eksykator | Bel-Art Products | F42020-0000 | Oszczędzający miejsce eksykator próżniowy 190 mm biała podstawa |
| DiIC12(3) barwnik błony komórkowej | BD Biosciences | 354218 | Używany jako tracker komórek |
| DMEM-F12 medium | Gibco | 11320-082 | |
| Pożywka do wzrostu komórek śródbłonka MV 2 | PromoCell | C-22022 | |
| Surowica bydlęca płodu Hyclone | Thermo | SH30071.03HI | |
| Hamilton 700 series Szklana strzykawka ( 0,1 ml ) | Hamilton | 80630 | 100 µ L, Model 710 RN SYR, Mały zdejmowany NDL, 22s ga, 2 cale, styl punktowy 2 |
| Dziurkacz Harris Uni-Core | Ted Pella Inc. | 15075 | z |
| dziurkaczem Harris Uni-Core | Ted Pella Inc. | 15071 | o średnicy wewnętrznej 0,5 mm |
| Firma YOTEC | YS-300S | ||
| Msak aligner | Deya Optronic CO. | A1K-5-MDA | |
| Plazma tlenowa | NORDSON MARCH | AP-300 | |
| Środek do czyszczenia plazmowego | Nordson | AP-300 | Stacjonarny system obróbki plazmowej |
| Zestaw polidimetylosiloksanu (PDMS) | Dow corning | Sylgard 184 | |
| Politetrafluoroeten (PTFE) | Ever Sharp Technology, Inc. | TFT-23T | średnica wewnętrzna, 0,51 mm; średnica zewnętrzna, 0,82 mm |
| Taśma usuwalna | 3M Company | Scotch Remizable Tape 811 | |
| Wafel silikonowy | SPE0039 | ||
| Powlekarka wirowa | Eltech Synrex Co., Ltd. | SC-HMI 2" ~ 6" | |
| Mikroskop stereoskopowy | Leica Microsystems | Leica E24 | |
| SU-8 10 fotorezystor ujemny | MicroChem | Y131259 | |
| SU-8 2 fotorezystu ujemny | MicroChem | Y131240 | |
| SU-8 2050 fotorezystu | MicroChem | Y111072 | |
| SU-8 deweloper | Grand Chemical Companies | GP5002-000000-72GC | Octan eteru monometylowego glikolu propylenowego |
| Pompa strzykawkowa | Aparat Harvarda | 703007 | |
| Trichlorosilane | Gelest, Inc | SIT8174.0 | Tridekafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooktyl. Niebezpieczny. Działa żrąco na drogi oddechowe, gwałtownie reaguje z wodą. |
| Roztwór neutralizatora trypsyny | Gibco | R-002-100 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie