Name: Zastosowanie mikrofluidyki w elektrofizjologii (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-10-01T00:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 41 s
Description: Poznaj zastosowanie mikrofluidyki w elektrofizjologii do precyzyjnej stymulacji przestrzenno-czasowej plasterków mózgu. Ta metoda umożliwia dokładniejsze podawanie neuroprzekaźników niż tradycyjne techniki.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

zastosowanie mikrofluidyki w elektrofizjologii

Applying Microfluidics to Electrophysiology

Mikrofluidykę można zintegrować ze standardowymi technikami elektrofizjologicznymi, aby umożliwić zastosowanie nowych modalności eksperymentalnych. W szczególności omówiono uzasadnienie opracowania mikrofluidycznego urządzenia do skrawków mózgu, w tym sposób dokowania urządzenia do standardowych komór perfuzyjnych oraz technikę pompowania pasywnego, wykorzystywaną do dostarczania bolusów neuromodulatorów do skrawka mózgu. Dzięki uproszczeniu konstrukcji urządzenia udało się opracować praktyczne rozwiązanie aktualnego, niezaspokojonego zapotrzebowania w elektrofizjologii, jakim jest aplikowanie wielu neuromodulatorów do wielu obszarów skrawka mózgu. Osiągnięto to poprzez zastąpienie standardowego podłoża z szkiełka nakrywkowego w komorze perfuzyjnej cienkim urządzeniem mikrofluidycznym przyklejonym do szkiełka nakrywkowego. Następnie przymocowano je do komory perfuzyjnej, a niewielkie otwory połączono otwartą studzienkę komory perfuzyjnej z kanałami mikrofluidycznymi zatopionymi w podłożu mikrofluidycznym. Kanały te są połączone z portami wywierconymi w krawędzi komory perfuzyjnej, co umożliwia dostęp i dostarczanie substancji stymulujących. Projekt ten obrazuje, w jaki sposób dziedzina mikrofluidyki odchodzi od demonstracji urządzeń typu proof-of-concept w stronę praktycznych rozwiązań niezaspokojonych potrzeb eksperymentalnych i klinicznych.

Zastosowanie mikrofluidyki w elektrofizjologii

Mikrofluidykę można zintegrować ze standardowymi technikami elektrofizjologicznymi, co umożliwia zastosowanie nowych modalności eksperymentalnych. W szczególności motywacją do...

Nazywam się Dave Edington. Jestem adiunktem w Katedrze Bioinżynierii na University of Illinois w Chicago. Obszar, nad którym głównie pracujemy, to zastosowanie mikrotechnologii w aplikacjach biomedycznych, a w szczególności wykorzystanie urządzeń mikroprzepływowych.Dzisiaj zaprezentujemy jeden z naszych projektów, który polega na wykorzystaniu urządzenia mikroprzepływowego dostosowanego do standardnej komory perfuzyjnej do skrawków mózgu, w celu zapewnienia czasowo-przestrzennej stymulacji skrawka mózgu. Obecnie w preparatach skrawków do elektrofizjologii głównymi metodami aplikacji neuroprzekaźników do skrawka jest albo podawanie globalne na cały skrawek mózgu, co oznacza stymulację całego skrawka w tym samym czasie, albo wykorzystanie mikropipety do pulsacyjnego podawania neuroprzekaźników w różnych punktach czasowych.Przekrój mózgu jest bardzo złożoną strukturą i przy globalnym podawaniu neurotransmiterów lub użyciu mikropipety nie jest możliwe odtworzenie wzorców stymulacji in vivo. Dzięki naszej platformie jesteśmy w stanie kontrolować stymulację w bardzo konkretnych obszarach całego przekroju mózgu i uzyskać stymulację bardziej zbliżoną do warunków in vivo. Tutaj pokazano aktualne systemy perfuzyjne w momencie ich połączenia ze standardowym szkiełkiem podstawowym.Umożliwia to perfuzję pożywki przez cały skrawek. Jednakże, nie można w ten sposób kontrolować przestrzennej rozdzielczości podawanego przez urządzenie stymulujące neuroprzekaźnika. Dlatego opracowaliśmy urządzenie micro flic, które łączy się z tą standardową komorą perfuzyjną.Zatem można zastosować wszystkie standardowe testy elektrofizjologiczne. Jedyną odmienną cechą jest to, że zamiast szklanego denka zastosowano urządzenie z PDMS, które posiada kilka otworów przelotowych łączących się z kanałami mikroprzepływowymi. Te z kolei łączą się z otworami w górnej komorze perfuzyjnej, co pozwala nam stymulować neurotransmitery poprzez te otwory, kanały i przelotki bezpośrednio do skrawka mózgu. Do dostarczania płynów wykorzystujemy technikę zwaną pompowaniem pasywnym.Dzięki temu nie potrzebujemy żadnych skomplikowanych przewodów wychodzących z tego urządzenia, ponieważ elektrofizjologia jest już samą w sobie bardzo złożoną procedurą. Upraszczając konstrukcję urządzenia i stosując pompowanie pasywne, upraszczamy protokół eksperymentalny związany z zastosowaniem tego urządzenia mikroprzepływowego. Struktura urządzenia stanowi dwuwarstwową sieć mikroprzepływową.Pierwszą warstwą są kanały prowadzące, które łączą się z portami wylotowymi, a druga warstwa składa się z przelotek, które łączą te kanały z studnią. Proces wytwarzania ten jest realizowany przy użyciu standardowych etapów mikrofabrykacji dwuwarstwowej, w której zastosowano znaczniki wyrównania zapewniające rozmieszczenie tych przelotek bezpośrednio w centrum tych czterech kanałów. Urządzenie to zostało zaprojektowane tak, aby można było je zintegrować ze standardową komorą perfuzyjną, dzięki czemu możliwe jest zastosowanie tych samych testów elektrofizjologicznych.Dzięki temu możemy umieścić to na zestawie do elektrofizjologii, wprowadzić do niego obiektyw oraz zapewnić stymulację lokalną poprzez kanały mikroprzepływowe, nie komplikując niepotrzebnie układu eksperymentalnego ponad to, co jest wymagane. Utrzymując prostotę konstrukcji urządzenia, możemy znacznie łatwiej upowszechnić tę platformę. W naszej obecnej strukturze znajdują się cztery kształty litery V w środku kanałów mikroprzepływowych, ale można je dostosować do potrzeb różnych laboratoriów, w zależności od tego, który obszar mózgu jest badany.W ten sposób jeden region mógłby służyć do badania hipokampa, a inny kory zewnętrznej. Możemy stymulować te regiony w zależności od tego, jak zaprojektujemy to urządzenie mikrofluidyczne. Ponieważ urządzenie do pracy nie wymaga zewnętrznych komponentów, wystarczy mikropipeta, aby nanieść próbki do tych otworów, wykorzystując technikę pompowania pasywnego.Poza wspomnianym podłożem dolnym standardowe laboratorium elektrofizjologii nie musi nabywać żadnego dodatkowego sprzętu, aby móc korzystać z tego urządzenia. Do tej pory w projekcie skupialiśmy się na połączeniu kanałów mikrofluidycznych ze standardowymi komorami perfuzyjnymi. Kolejnym etapem projektu jest przeprowadzenie testów urządzenia w ramach rzeczywistych badań opartych na postawionych hipotezach, z wykorzystaniem tych preparatów skrawków.W ten sposób wykazaliśmy, że dzięki zastosowaniu barwnika fluorescencyjnego możemy stymulować przestrzennie różne regiony poprzez wstrzykiwanie tych analogów fluorescencyjnych do kanałów. Kolejnym krokiem jest przeprowadzenie właściwych eksperymentów biologicznych. Dziedzina mikrofluidyki znajduje się zatem w punkcie przejścia.Wykraczamy poza nowatorskie demonstracje dowodu koncepcji i zaczynamy faktycznie wykorzystywać te urządzenia do odkrywania nowych i fascynujących zjawisk, których badanie było wcześniej niemożliwe. Dziedzina ta ewoluuje zatem od technik opartych na zasadach dostępnych w mikroskali, takich jak szybka dyfuzja, przepływ laminarny, wysokie stosunki powierzchni do objętości oraz integracja procesów. Obecnie będziemy wykorzystywać i stosować te rozwiązania w celu zaspokojenia niezaspokojonych potrzeb w laboratorium oraz w praktyce klinicznej.

applying-microfluidics-to-electrophysiology

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Prezentujemy sposób wykonania prostego urządzenia mikroprzepływowego, które można zintegrować ze standardowymi zestawami do elektrofizjologii, aby w kontrolowany sposób eksponować mikroskalowe powierzchnie skrawka mózgu na działanie różnych neuroprzekaźników.

Stymulacja skrawków mózgu z wykorzystaniem sieci mikrofluidycznej i standardowej komory perfuzyjnej

Mikrojontoforeza polega na przemieszczaniu jonów z mikropipety w odpowiedzi na różnicę potencjałów elektrycznych między wnętrzem a zewnętrzem mikropipety. Dzięki temu cząsteczki biologicznie czynne są dostarczane proporcjonalnie do natężenia prądu elektrycznego. Przedstawiamy mikrojontoforezę acetylocholiny w połączeniu z mikromanipulacją w celu zbadania rozszerzenia naczyń zależnego od śródbłonka w mikrokrążeniu.

Mikrojontoforeza i mikromanipulacja w obrazowaniu fluorescencyjnym mikrokrążenia in vivo

Źródło: Vanegas, M. I., et al. System mikroiniekcji do skojarzonego wlewu leków i elektrofizjologii. J. Vis. Exp. (2019 rok)Ten film przedstawia urządzenie mikroprzepływowe oparte na mikroelektrodach, które dostarcza roztwór leku przez rurkę kapilarną, wykorzystując roztwór markera na bazie oleju do precyzyjnego śledzenia objętości i umożliwiając jednoczesny zapis neuronowy i wlew leku.

System mikroiniekcji mikroprzepływowej do skojarzonego infuzji leków i elektrofizjologii

Wiele urządzeń mikroprzepływowych zostało opracowanych do użytku w badaniach nad elektrotaksją. Jednak żaden z tych chipów nie pozwala na efektywne badanie jednoczesnego wpływu substancji chemicznych i pola elektrycznego (EF) na komórki. Opracowaliśmy urządzenie na bazie polimetakrylanu metylu, które zapewnia lepiej kontrolowany współistniejący ślad węglowy i stymulację chemiczną do wykorzystania w badaniach nad elektrotaksją.

Badania elektrotaktyczne komórek raka płuc przy użyciu wielokanałowego układu mikroprzepływowego o podwójnym polu elektrycznym

Mikro-prefabrykowane urządzenia zintegrowane z komponentami fluidycznymi stanowią platformę in vitro do badań komórkowych naśladujących mikrośrodowisko in vivo. Opracowaliśmy mikroprzepływowe chipy na bazie polimetakrylanu metylu do badania reakcji komórkowych pod wpływem pojedynczych lub współistniejących bodźców naprężeń chemicznych/elektrycznych/ścinających.

Projektowanie urządzeń mikroprzepływowych do badania odpowiedzi komórkowych pod wpływem pojedynczych lub współistniejących bodźców naprężeń chemicznych/elektrycznych/ścinających

Ten manuskrypt opisuje zastosowania elektrod selektywnych protonów i metod zaciskania krostek do pomiaru aktywności systemów transportu protonów. Metody te przezwyciężają pewne ograniczenia technik powszechnie stosowanych do badania aktywności transportu protonów, takie jak umiarkowana czułość, rozdzielczość czasowa i niewystarczająca kontrola środowiska wewnątrzkomórkowego.

Zastosowanie pomiarów elektrofizjologicznych do badania aktywności transporterów elektroobojętnych

Ten protokół ma na celu pokazanie, jak połączyć układy mikroelektrod in vitro z urządzeniami mikroprzepływowymi do badania transmisji potencjału czynnościowego w kulturach neuronalnych. Analiza danych, a mianowicie wykrywanie i charakteryzacja rozchodzących się potencjałów czynnościowych, odbywa się za pomocą nowego, zaawansowanego, a jednocześnie przyjaznego dla użytkownika i ogólnodostępnego narzędzia obliczeniowego.

Łączenie mikrofluidyki z układami mikroelektrod do badania komunikacji neuronalnej i propagacji sygnałów aksonalnych

Prezentujemy system mikroiniekcji przeznaczony do elektrofizjologii i wspomaganego dostarczania eksperymentalnych sond (tj. nanosensorów, mikroelektrod), z opcjonalnym wlewem leku. Powszechnie dostępne składniki mikroprzepływowe są sprzężone z kaniulą zawierającą sondę. Dołączony jest protokół krok po kroku dotyczący budowy mikroiniekcji, z wynikami podczas infuzji muscymolu w korze makaka.

System mikroiniekcji do skojarzonego wlewu leków i elektrofizjologii

Protokół hodowli i manipulacji tkanką embrionalną myszy na chipie mikroprzepływowym jest dostarczony. Stosując impulsy modulatorów szlaku, system ten może być wykorzystany do zewnętrznego sterowania oscylacjami sygnałowymi w celu funkcjonalnego badania somitogenezy myszy.

Podejście mikrofluidyczne do funkcjonalnego badania oscylacji sygnalizacyjnych rządzących somitogenezą

Celem tego protokołu jest wyjaśnienie i zademonstrowanie rozwoju trójwymiarowego (3D) modelu mikroprzepływowego wysoce wyrównanej tkanki serca ludzkiego, składającej się z kardiomiocytów pochodzących z komórek macierzystych hodowanych wspólnie z fibroblastami serca (CF) w biomimetycznym hydrożelu na bazie kolagenu, do zastosowań w inżynierii tkankowej serca, badaniach przesiewowych leków i modelowaniu chorób.

Opracowywanie zorganizowanej w 3D ludzkiej tkanki serca w ramach platformy mikroprzepływowej

W tym miejscu przedstawiamy protokół wytwarzania unikalnego dwuwarstwowego urządzenia mikroprzepływowego do badania elektromechanicznej regulacji homeostazy tkanek nabłonkowych. Urządzenie aplikuje statyczne fizjologiczne prądy elektryczne prostopadłe do płaszczyzny tkanki, wpływając na adhezję, proliferację i wytłaczanie komórki. Obrazowanie żywych komórek i pomiary naprężeń mechanicznych ujawniają mechanizmy tych procesów.

Ujawnienie elektromechanicznej kontroli homeostazy tkanek za pomocą dwuwarstwowego urządzenia mikroprzepływowego

Poznaj zastosowanie mikrofluidyki w elektrofizjologii do precyzyjnej stymulacji przestrzenno-czasowej plasterków mózgu. Ta metoda umożliwia dokładniejsze podawanie neuroprzekaźników niż tradycyjne techniki.

Zastosowanie mikrofluidyki w elektrofizjologii

Przeglądaj więcej filmów