Zastosowanie mikrofluidyki w elektrofizjologii

Nazywam się Dave Edington. Jestem adiunktem na Wydziale Bioinżynierii Uniwersytetu Illinois w Chicago. Obszarem, nad którym pracujemy, jest przede wszystkim zastosowanie mikrotechnologii w zastosowaniach biomedycznych, a konkretnie z wykorzystaniem urządzeń mikroprzepływowych.

A dzisiaj pokażemy Wam jeden z naszych projektów, który polega na użyciu urządzenia mikroprzepływowego, które dostosowuje się do standardowej komory perfuzyjnej wycinka mózgu, aby zapewnić przestrzenną stymulację czasową wycinka mózgu. Tak więc obecnie w preparatach elektrofizjologicznych główne zastosowania neuroprzekaźników do wycinka są albo globalnie w całym wycinku mózgu. Stymulujemy cały wycinek mózgu za jednym razem lub używamy mikropipety do zaciągania się neuroprzekaźnikami w różnych punktach czasowych.

Wycinek mózgu jest bardzo złożoną strukturą, a kiedy globalnie stosujesz neuroprzekaźniki lub używasz mikropipety, nie możesz odtworzyć wzorców stymulacji in vivo. Natomiast dzięki naszej platformie jesteśmy w stanie kontrolować stymulację do bardzo określonych regionów w splocie mózgu i osiągnąć stymulację bardziej podobną do in vivo. Tak więc obecne systemy perfuzyjne są pokazane tutaj, gdzie dokują do standardowego szkiełka nakrywkowego.

A te pozwalają na perfuzję nośnika na całym wycinku. Nie możesz jednak przestrzennie kontrolować rozdzielczości tego neuroprzekaźnika, z którym współpracuje twoje urządzenie stymulujące. Opracowaliśmy więc urządzenie micro flic, które dokuje do tej standardowej komory obfitości.

Można więc zastosować wszystkie standardowe testy elektrofizjologiczne. Jedyną różnicą jest to, że zamiast szklanego dna pokrywy, składa się to z urządzenia A-P-D-M-S, które ma kilka otworów przelotowych, które łączą się z kanałami mikroprzepływowymi, które łączą się z otworami w tej górnej komorze profuzyjnej, które możemy następnie stymulować neuroprzekaźniki przez te otwory, przez kanały, na zewnątrz przelotek i do wycinka mózgu. Używamy techniki zwanej pompowaniem pasywnym, aby dostarczyć płyny.

Nie potrzebujemy więc żadnych skomplikowanych rurek, aby wychodzić z tego urządzenia, ponieważ elektrofizjologia jest już bardzo złożoną procedurą. Upraszczając konstrukcję urządzenia i stosując pompowanie pasywne, upraszczamy eksperymentalny protokół stosowania tego urządzenia mikroprzepływowego. Struktura urządzenia to dwuwarstwowa sieć mikroprzepływowa.

Pierwsza warstwa to kanały prowadzące, które łączą się z portami wylotowymi, a druga warstwa składa się z tych otworów przelotowych, które łączą te kanały ze studnią. Tak więc ta produkcja odbywa się przy użyciu standardowych dwuwarstwowych etapów mikrofabrykacji U, w których mamy pewne znaki wyrównania, które upewniają się, że te przelotki są umieszczone bezpośrednio w środku tych czterech kanałów. Tak więc to urządzenie jest zaprojektowane do dokowania ze standardową komorą profuzji, dzięki czemu można użyć tych samych testów elektrofizjologicznych.

Możemy więc umieścić to na platformie elektrofizjologicznej, wprowadzić w to nasz cel, zapewnić lokalną stymulację przez nasze kanały mikroprzepływowe i nie komplikować niepotrzebnie konfiguracji eksperymentalnej ponad to, czego potrzebuje. Tak więc, utrzymując konstrukcję urządzenia tak prostą, jak to tylko możliwe, możemy znacznie łatwiej rozpowszechniać tę platformę. W tej chwili mamy te cztery litery V w środku naszych mikro kanałów przepływowych, ale można je dostosować do różnych potrzeb laboratoriów, w zależności od tego, który obszar mózgu badają.

Tak więc jeden region może badać hipokamp, a drugi może badać korę zewnętrzną. Mogliśmy stymulować te regiony w zależności od tego, jak zaprojektujemy to urządzenie mikroprzepływowe. A ponieważ urządzenie nie wymaga do działania żadnych elementów zewnętrznych, wystarczy mikropipeter do pipetowania do tych otworów za pomocą techniki pompowania pasywnego.

Nie ma żadnego dodatkowego sprzętu poza tym dolnym podłożem, który standardowe laboratorium elektrofizjologii musi nabyć, aby korzystać z tego urządzenia. Do tej pory skupialiśmy się na tym, aby kanały mikroprzepływowe były zadokowane do standardowych komór profuzyjnych. A teraz kolejną częścią projektu jest przetestowanie tego urządzenia w rzeczywistych badaniach opartych na hipotezach przy użyciu tych preparatów w postaci plastrów.

Wykazaliśmy, że za pomocą barwnika fluorescencyjnego możemy przestrzennie stymulować różne regiony, wstrzykując te fluorescencyjne analogi do kanałów. Następnym krokiem jest przeprowadzenie prawdziwych eksperymentów biologicznych. Tak więc dziedzina mikrofluidyki zbliża się do punktu przejściowego.

Odchodzimy od nowatorskich demonstracji typu proof of concept i naprawdę używamy tych urządzeń do odkrywania nowych i ekscytujących rzeczy, które wcześniej były niemożliwe do zrobienia. Tak więc dziedzina ta odchodzi od technik, w których zastosowaliśmy zasady dostępne w mikroskali, takie jak szybka dyfuzja, przepływ laminarny oraz duże proporcje usług do objętości i integracja procesów. A teraz zamierzamy ich użyć i zastosować do rozwiązywania niezaspokojonych potrzeb w laboratorium i klinice.