Name: BioMEMS: nawiązywanie nowej współpracy między biologami i inżynierami (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-11-01T00:54:37.000+00:00
Duration: 7 min 26 s
Description: Poznaj techniki mikrofluidyki w badaniach nad neurobiologią i komórkami macierzystymi. Miniaturyzacja urządzeń biomedycznych umożliwia precyzyjną kontrolę warunków eksperymentalnych i poprawia powtarzalność wyników.

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

biomems: nawiązywanie nowych współprac pomiędzy biologami a inżynierami

BioMEMS: Forging New Collaborations Between Biologists and Engineers

W niniejszym materiale wideo opisano wykonanie i zastosowanie urządzenia mikroprzepływowego do hodowli neuronów ośrodkowego układu nerwowego (OUN). Urządzenie to jest kompatybilne z optyczną mikroskopią żywych komórek (DIC i kontrast fazowy), a także z metodami mikroskopii konfokalnej i dwufotonowej. Metoda ta wykorzystuje precyzyjnie formowane elementy polimerowe do stworzenia miniaturowej, wielokomorowej hodowli komórkowej z izolacją płynową. Komory składają się z niewielkich kanałów o wymiarach wystarczających do hodowli neuronów w ściśle kontrolowanych mikrośrodowiskach płynowych. Neurony mogą być hodowane w urządzeniu przez 2–3 tygodnie, po czym mogą zostać utrwalone i poddane barwieniu immunocytochemicznemu. Komory aksonalne i somatyczne mogą pozostać odizolowane od siebie pod względem przepływu płynów dzięki zastosowaniu niewielkiej różnicy ciśnień hydrostatycznych; funkcja ta pozwala na lokalne podanie rozpuszczalnych czynników szkodliwych do jednej z komór przez okres do 20 h po każdej wymianie medium. Izolacja płynowa umożliwia wyizolowanie czystej frakcji aksonalnej oraz przeprowadzenie analizy biochemicznej metodą PCR. Urządzenie mikroprzepływowe stanowi wysoce adaptacyjną platformę do badań w dziedzinie neuronauki i może znaleźć zastosowanie w modelowaniu uszkodzeń OUN oraz procesów neurodegeneracyjnych.

BioMEMS: nawiązywanie nowych współprac pomiędzy biologami a inżynierami

Niniejszy film opisuje wytwarzanie i zastosowanie urządzenia mikroprzepływowego do hodowli neuronów ośrodkowego układu nerwowego (OUN). Urządzenie to jest kompatybilne z...

Nazywam się Newly John i pracuję w Departamencie Inżynierii Biomedycznej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine. Moje badania obejmują opracowywanie nowatorskich urządzeń biomedycznych oraz urządzeń mikroprzepływowych do badań nad neuronauką i komórkami macierzystymi. Bio-MEMS i mikroprzepływy to stosunkowo młoda dyscyplina, która rozwinęła się w ciągu ostatnich pięciu-dziesięciu lat i wykorzystuje wiele technik oraz doświadczeń opracowanych dla przemysłu układów scalonych.W związku z tym wykorzystujemy metody i podejścia do miniaturyzacji opracowane dla układów scalonych, aby wytwarzać niewielkie urządzenia z małymi kanałami i zbiornikami, a następnie stosujemy je w zastosowaniach biologii komórki. Tradycyjnie większość eksperymentów biologicznych była przeprowadzana w skali szalki Petriego. W przypadku komórek, gdy analizujemy komórkę o średnicy około 10 µm, mamy w zasadzie do czynienia z małą komórką zanurzoną w dużej objętości cieczy.Dzięki zastosowaniu urządzeń mikroprzepływowych możemy kontrolować środowisko wokół komórki. Komunikacja międzykomórkowa, jak i wpływ rozpuszczalnych czynników komórkowych, mogą być analizowane znacznie precyzyjniej niż podczas przeprowadzania doświadczeń w większej skali na szalce Petriego. Zatem te nowe osiągnięcia w dziedzinie mikroprzepływów niosą ze sobą duży potencjał w zakresie kontroli i powtarzalności w porównaniu z metodami konwencjonalnymi.Nasze badania nad wykorzystaniem urządzeń mikroprzepływowych w analizie migracji komórek obejmują opracowywanie nowych urządzeń zdolnych do utrzymywania stałego gradientu rozpuszczalnych czynników nad komórkami, co pozwala nam badać reakcje komórek na różne czynniki wzrostu lub chemokiny. Wymaga to precyzyjnej kontroli przepływu płynów nad grupą komórek lub pojedynczymi komórkami, co jest kluczowe i fundamentalne w większości procesów biologicznych, takich jak morfogeneza, przerzuty nowotworowe oraz odpowiedź komórek odpornościowych. Podobnie jak w przypadku urządzeń mikroprzepływowych do generowania gradientów, układy do hodowli neuronów, a w szczególności neuronów komórkowych, stanowią nowy kierunek rozwoju w mikroprzepływach.Dzięki tym urządzeniom jesteśmy w stanie izolować i oczyszczać frakcje aksonalne, a także uzyskiwać silnie spolaryzowane struktury. W tym przypadku, w porównaniu z konwencjonalnymi metodami, takimi jak komory z przegrodami, w których zapobieganie przeciekom oraz inne trudności eksperymentalne bywały problematyczne, urządzenia mikrofluidyczne oferują ogólnie bardziej powtarzalne wyniki, a jednocześnie zapewniają platformę kompatybilną optycznie, umożliwiającą wykonywanie mikroskopii o wysokiej rozdzielczości.Urządzenie to jest wykorzystywane do przeprowadzania eksperymentów badających przebieg transportu aksonalnego. Dzięki zastosowaniu tego nowego urządzenia do mikrofluidycznej hodowli neuronów, wielu naszych współpracowników z całego kraju bada różne modele chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, choroba Parkinsona i ALS. Miałem ogromne szczęście współpracować z wybitnymi specjalistami z wydziału neuronauki oraz patologii tutaj, na uc Irvine. Ściśle współpracuję z Car Kaman Stewart, Ed Monki oraz laboratorium Lisy Flanagan.Nasza współpraca polega na regularnych spotkaniach i staraniach o zidentyfikowanie problemów, z którymi mierzą się biolodzy. Podczas tych regularnych spotkań odkrywamy, że mimo dostępności konwencjonalnych narzędzi, wciąż istnieje wiele zastosowań, w których my, jako inżynierowie biomedyczni, możemy odegrać istotną rolę w ulepszaniu i pogłębianiu zrozumienia tych badań biomedycznych. Na przykład nasza współpraca z laboratorium dr. Monkiego i dr. Flanagana w ciągu ostatnich pięciu lat była bardzo owocna.Po pierwsze, nasi studenci mogą nauczyć się ścisłej współpracy w grupach z przedstawicielami różnych dyscyplin naukowych. Jednocześnie mieliśmy okazję mierzyć się z problemami w dziedzinie biologii komórek macierzystych. Na przykład hodowla i różnicowanie komórek macierzystych w urządzeniach mikroprzepływowych dostarczyły nowej perspektywy na to, jak komórki macierzyste zachowują się w gradiencie morfogenu, takiego jak BMP.Sądzę, że tego typu współpraca będzie istotnym elementem przyszłej nauki, ponieważ coraz więcej inżynierów interesuje się badaniami biomedycznymi. Jednocześnie zapotrzebowanie na nowe narzędzia o nowych możliwościach w neurobiologii i innych dziedzinach nauk biologicznych rośnie, więc spodziewam się wielu owocnych kolaboracji, które znacząco popchną obszar badań biomedycznych do przodu. Ponadto uważam, że mikrofluidyka i biomimetyka znajdują się obecnie w ekscytującej fazie.Praktycznie każdego dnia opracowywanych jest wiele nowych zastosowań. Przewiduję, że za pięć lat znacznie więcej biologów będzie wykorzystywać tego typu urządzenia w codziennych badaniach, w rutynowych eksperymentach, do badania migracji komórek lub w innych specjalistycznych celach. Ponieważ urządzenia te oferują wiele zalet w porównaniu do konwencjonalnych metod hodowli w szalkach Petriego, uważam, że jedynym ograniczeniem w opracowywaniu nowych typów zastosowań jest wyobraźnia.Uważam, że bliska współpraca z biologami doprowadzi do stworzenia nowych typów urządzeń, które odegrają istotną rolę w przyszłym rozwoju badań biomedycznych.

biomems-forging-new-collaborations-between-biologists-and-engineers

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

BioMEMS: nawiązywanie nowej współpracy między biologami i inżynierami

Zdolność do hodowli komórek zrewolucjonizowała weryfikację hipotez w podstawowych badaniach z zakresu biologii komórkowej i molekularnej. Stała się ona standardową metodologią w ...

BioMEMS i biologia komórkowa: perspektywy i zastosowania

Inżynieria w skali mikro w biologii komórki

W przeszłości wiele systemów hodowli in vitro – głównie hodowle monowarstwowe – często obarczonych było wadą polegającą na tym, że zróżnicowane komórki pierwotne miały stosunkowo krótki czas życia i ulegały dedyferencjacji podczas hodowli. W konsekwencji większość ich funkcji swoistych dla danego organu była szybko utracona. Aby zatem odtworzyć lepsze warunki dla tych komórek in vitro, wprowadzono modyfikacje i adaptacje do konwencjonalnych hodowli monowarstwowych.

Wywiad: Bioreaktory i rusztowania 3D z modyfikowaną powierzchnią w badaniach nad komórkami macierzystymi

Niniejszy artykuł opisuje podejście w zakresie biofabrykacji: osadzanie polisacharydów reagujących na bodźce w obecności spolaryzowanych elektrod w celu stworzenia biokompatybilnych filmów, które mogą zostać funkcjonalizowane komórkami lub białkami. Przedstawiamy laboratoryjną strategię wytwarzania tych filmów, a także ich podstawowe zastosowania w tworzeniu interaktywnych, biofunkcjonalizowanych powierzchni dla aplikacji typu lab-on-a-chip.

Łączenie interfejsu bioelektronicznego za pomocą biofabrykacji

Origami DNA to potężna metoda wytwarzania precyzyjnych obiektów w nanoskali poprzez programowanie samoorganizacji cząsteczek DNA. Tutaj opisujemy, w jaki sposób origami DNA można wykorzystać do zaprojektowania robota zdolnego do wyczuwania sygnałów biologicznych i reagowania poprzez zmianę kształtu, a następnie przekazywanego do pożądanego efektu.

Projektowanie bioresponsywnego robota z DNA Origami

Ten artykuł przedstawia serię protokołów do rozwoju inżynieryjnych komórek i funkcjonalizowanych powierzchni, które umożliwiają syntetycznie modyfikowanym E. coli kontrolowanie i manipulowanie programowalnymi powierzchniami materiałów.

Wykorzystanie biologii syntetycznej do inżynierii żywych komórek, które łączą się z programowalnymi materiałami

Ten artykuł opisuje metodę przekształcenia taniej komercyjnej drukarki 3D w bakteryjną drukarkę 3D, która może ułatwić drukowanie wzorzystych biofilmów. Opisano wszystkie niezbędne aspekty przygotowania biodrukarki i biotuszu, a także metody weryfikacji w celu oceny powstawania biofilmów.

Trójwymiarowe wzory biofilmów inżynieryjnych za pomocą biodrukarki zrób to sam

Zrozumienie unikalnych fizjologicznych i anatomicznych struktur ośmiornic może mieć ogromny wpływ na badania biomedyczne. Ten przewodnik pokazuje, jak stworzyć i utrzymać środowisko morskie, aby pomieścić ten gatunek, a także zawiera najnowocześniejsze podejścia obrazowe i analityczne do wizualizacji anatomii i funkcji układu nerwowego ośmiornicy.

Ustanowienie ekosystemu ośmiornicy dla badań biomedycznych i bioinżynieryjnych

Trójwymiarowe tkanki serca bioinżynieryjne wykorzystujące kardiomiocyty pochodzące z komórek macierzystych okazały się obiecującymi modelami do badania zdrowego i chorego ludzkiego mięśnia sercowego in vitro, jednocześnie podsumowując kluczowe aspekty rodzimej niszy sercowej. Manuskrypt ten opisuje protokół wytwarzania i analizy zmodyfikowanych tkanek serca o wysokiej zawartości wygenerowanych z ludzkich pluripotencjalnych kardiomiocytów pochodzących z komórek macierzystych.

Projektowanie bioreaktora w celu usprawnienia pozyskiwania danych i modelowania przepustowości zmodyfikowanych tkanek serca

Jeffrey D. Rothstein opowiada o patologii i mechanizmach leżących u podstaw stwardnienia zanikowego bocznego (ALS), postępach w badaniach nad ALS oraz obecnych strategiach opracowywania terapii.

ALS – choroba neuronów ruchowych: mechanizm i opracowywanie nowych terapii

Poznaj techniki mikrofluidyki w badaniach nad neurobiologią i komórkami macierzystymi. Miniaturyzacja urządzeń biomedycznych umożliwia precyzyjną kontrolę warunków eksperymentalnych i poprawia powtarzalność wyników.

BioMEMS: nawiązywanie nowych współprac pomiędzy biologami a inżynierami

Przeglądaj więcej filmów