June 16th, 2016
Tutaj prezentujemy protokół izolacji i hodowli pojedynczych komórek za pomocą platformy mikroprzepływowej, który wykorzystuje nową koncepcję projektowania mikrostudzienek, aby umożliwić wysokowydajną izolację pojedynczych komórek i długoterminową hodowlę klonalną.
Ogólnym celem tego protokołu jest zademonstrowanie produkcji i działania chipa mikroprzepływowego, który pozwala na wysokowydajną izolację i hodowlę pojedynczych komórek. Ta metoda stanowi użyteczne narzędzie dla każdego obszaru, który skorzystałby na izolacji i hodowli pojedynczych komórek. Główną zaletą tej techniki jest to, że jest ona bardzo wydajna w ładowaniu pojedynczych komórek do dużych macierzy mikrodołków.
Dodatkowo do pracy urządzenia wykorzystywany jest tylko delikatny przepływ i siła grawitacji, co minimalizuje uszkodzenia ogniw. Implikacja tej techniki jest skierowana w kierunku końcowej diagnozy chorób ludzkich, takich jak rak, w których heterogeniczność komórkowa wpływa na odpowiedź komórki, więc wpadliśmy na pomysł opracowania tej metody, gdy tworzyliśmy linię komórkową mikrostudzienki, ponieważ metoda rozcieńczania granicznego była bardzo czasochłonna i nieefektywna. Teraz ta metoda może zapewnić wgląd w analizę poszczególnych komórek.
Może być również stosowany do innych zastosowań, takich jak ustalanie i czasowość obserwacji przebiegu i zachowania poszczególnych komórek. Na początek należy wytworzyć silanizowane formy wzorcowe zarówno dla warstwy izolacji pojedynczej komórki, jak i warstwy hodowli mikrostudzienki, przy użyciu standardowej fotolitografii, jak opisano w dołączonym protokole tekstowym. Dla każdej formy wzorcowej połącz 16 gramów bazy PDMS z 1,6 grama utwardzacza w jednorazowym kubku i mieszaj mieszaniny, aż się połączą.
Następnie umieść formy główne w 150-milimetrowych szalkach Petriego i wylej PDMS na wierzch foremek. Umieścić szalki Petriego w eksykatorze i stosować próżnię przez jedną godzinę, aby usunąć pęcherzyki powietrza z PDMS. Po godzinie wyjmij naczynia z eksykatora i umieść je w konwencjonalnym piekarniku w temperaturze 65 stopni Celsjusza na trzy do sześciu godzin, aby utwardzić PDMS.
Następnie wyjmij naczynia z piekarnika i pozwól im ostygnąć do temperatury pokojowej. Po ostygnięciu oderwij utwardzony zestaw do wychwytywania PDMS i zestaw do hodowli mikrodołków z form wzorcowych i wytnij urządzenia za pomocą żyletki. Następnie użyj dziurkacza o średnicy 0,75 milimetra, aby utworzyć po jednym otworze na każdym końcu mikrokanału w warstwie matrycy studzienki przechwytującej.
Użyj taśmy, aby wyczyścić to, co stanie się wewnętrzną powierzchnią urządzenia, a następnie umieść poszczególne warstwy wewnętrznymi powierzchniami skierowanymi do góry w czyszczalni plazmowej w celu krótkiej obróbki plazmą tlenową. Po zakończeniu usuń warstwy PDMS z urządzenia do czyszczenia plazmowego i użyj mikroskopu stereoskopowego, aby wyrównać i połączyć górną i dolną warstwę urządzenia. Umieść wyrównane urządzenie w piekarniku w temperaturze 65 stopni Celsjusza na 24 godziny, aby stworzyć trwałe połączenie między warstwami PDMS.
Następnie należy umieścić połączone urządzenie PDMS w wodzie dejonizowanej i umieścić pojemnik w eksykatorze pod próżnią na 15 minut, w celu usunięcia powietrza z mikrokanalików urządzenia. Po usunięciu całego powietrza z urządzenia, umieść urządzenie PDMS w kapturze do hodowli tkankowych i użyj światła UV do sterylizacji powierzchni urządzenia przez 30 minut. Następnie zastąp dejonizowaną wodę w urządzeniu 5% albuminą surowicy bydlęcej w PBS i inkubuj urządzenie w temperaturze 37 stopni Celsjusza przez 30 minut.
Spowoduje to zablokowanie powierzchni i poprawi wydajność transferu izolowanych komórek z dołków wychwytujących do dołków hodowlanych. Po 30 minutach zastąp roztwór blokujący w urządzeniu sterylnym PBS. Przygotuj zawiesinę jednokomórkową z 2,5 miliona komórek na mililitr i załaduj do pipety 50 mikrolitrów zawiesiny.
Następnie przenieś komórki do urządzenia przez otwór wylotowy urządzenia. Załaduj kolejne 50 mikrolitrów zawiesiny ogniw i przenieś ją do urządzenia przez otwór wlotowy, aby równomiernie wypełnić cały mikrokanał komórkami. Po załadowaniu użyj sterylnej zatyczki wykonanej z nylonowej żyłki o średnicy jednego milimetra, aby uszczelnić otwór wylotowy urządzenia.
Następnie napełnij sterylną strzykawkę o pojemności jednego mililitra pożywką hodowlaną, wyrzuć wszelkie resztki pęcherzyków powietrza i umieść ją w pompie strzykawkowej. Podłącz igłę o rozmiarze 23 do strzykawki i użyj rurki z politetrafluoroetylenu, aby podłączyć igłę do wlotu urządzenia. Po podłączeniu rurki wyjmij korek z otworu wylotowego i odczekaj dwie minuty, aż ogniwa osiądą w studzienkach wychwytywania pojedynczych komórek pod wpływem siły grawitacji.
Następnie ustaw pompę strzykawkową na 600 mikrolitrów na minutę. Wyjmij wtyczkę z gniazdka i zmyj nieprzechwycone komórki przez 30 sekund. Odczekaj dwie minuty, aż ciśnienie się ustabilizuje.
Następnie wyjmij rurkę z wlotu urządzenia i uszczelnij zarówno otwory wlotowe, jak i wylotowe zatyczkami, tworząc zamknięty system hodowli. Teraz odwróć urządzenie ręcznie, aby przenieść przechwycone pojedyncze komórki do mikrodołków hodowlanych po drugiej stronie urządzenia. Następnie umieść urządzenie w 100-milimetrowym naczyniu do hodowli tkankowej, dodaj 10 mililitrów wysterylizowanego PBS wokół urządzenia i umieść naczynie w inkubatorze.
Aby wymienić pożywkę hodowlaną, najpierw umieść dwie kropelki pożywki hodowlanej na górze urządzenia PDMS w pobliżu wlotu i wylotu, aby uniknąć wprowadzania pęcherzyków powietrza do mikrokanału. Następnie użyj dziurkacza do biopsji o średnicy 0,75 milimetra, aby przebić dwa otwory od góry urządzenia PDMS w pobliżu końców mikrokanału. Pamiętaj, aby przebić tylko górną warstwę urządzenia.
Następnie napełnij plastikową strzykawkę o pojemności jednego mililitra zawierającą świeże, wstępnie podgrzane podłoże i użyj igły o rozmiarze 23 i rurki PTFE, aby podłączyć ją do nowo utworzonego portu wlotowego. Powoli wlej około 120 mikrolitrów świeżego podłoża do urządzenia w ciągu pięciu minut, aby zastąpić stare podłoże. Po zakończeniu uszczelnij porty wlotowe i wylotowe za pomocą dwóch zatyczek i włóż urządzenie z powrotem do inkubatora do hodowli komórkowych.
Liczba komórek, które trafiają do studni wychwytujących, waha się od około 68% do 85%w zależności od typu komórki. Ponadto większość studni przechwytywania zawiera tylko jedną komórkę, dla wszystkich trzech typów komórek. Po przeniesieniu przechwyconych komórek KT98 do dołków hodowlanych, około 77% studzienek miało tylko jedną komórkę, 16% nie miało żadnych komórek, 6% miało dwie komórki, a mniej niż 1% studzienek miało trzy lub więcej komórek.
W ciągu siedmiu dni izolowane pojedyncze komórki wykazywały niejednorodne wzorce wzrostu. Podczas gdy niektóre komórki się namnażały, inne nie. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w około 20 minut, jeśli jest wykonywana prawidłowo.
Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak korzystać z tej wysokoprzepustowej platformy do izolacji endokrynologicznej pojedynczych komórek, aby zwiększyć produktywność eksperymentów z pojedynczymi komórkami. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, aby uniknąć przedostawania się pęcherzyków powietrza do mikrokanału i zapobiec agregacji komórek w miarę upływu czasu.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Ten protokół demonstruje produkcję i działanie mikroczipu przepływowego zaprojektowanego do wysokowydajnej izolacji i hodowli pojedynczych komórek. Minimalizuje uszkodzenia komórek poprzez wykorzystanie delikatnego przepływu i siły grawitacji.
This microfluidic platform addresses a critical bottleneck in single-cell analysis by enabling high-efficiency isolation and long-term culture without compromising cell viability. By reducing reliance on labor-intensive limit dilution methods, it accelerates hypothesis testing in target validation and phenotypic screening workflows. The system supports mechanistic de-risking through clonal expansion and heterogeneity assessment, directly informing go/no-go decisions in early discovery.
The platform integrates into early discovery workflows by providing a reproducible source of clonal cells for target engagement and phenotypic assays, bridging isolation to functional validation.