Name: Urządzenie mikroprzepływowe do separacji komórek raka piersi bez przerzutów (MCF-7) i nienowotworowych (MCF-10A) za pomocą dielektroforezy prądu przemiennego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-08-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 33 s
Description: Poznaj symulację separacji komórek MCF-7 i MCF-10A za pomocą dielektroforezy AC w mikroprzepływowym urządzeniu. Ta metoda umożliwia selektywne sortowanie komórek nowotworowych i zdrowych.

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

To badanie było wspierane przez Komisję Szkolnictwa Wyższego Pakistanu.

UWAGA: Przedstawiony protokół wykorzystuje COMSOL, oprogramowanie do symulacji wielofizycznych, w celu symulacji kontrolowanego sortowania niemetastatycznych komórek raka piersi (MCF-7) oraz nietumorowych komórek nabłonka piersi (MCF-10A) przy użyciu dielektroforezy AC.
1. Projekt chipa i dobór parametrów
<ol>
	<li>Uruchom oprogramowanie do modelowania wielofizycznego i wybierz opcję Blank Model (Pusty model). Kliknij prawym przyciskiem myszy na Global Definitions (Definicje globalne) i wybierz Parameters (Parametry). Zaimportuj parametry podane w Table 1 do definicji globalnych jako plik tekstowy lub wprowadź wartości pojedynczo.</li>
	<li>Wybierz Add Component (Dodaj komponent) z karty głównej i dodaj 2D Component (Komponent 2D). Kliknij prawym przyciskiem myszy na geometrię i zaimportuj plik modelu, klikając dwukrotnie na plik.</li>
	<li>Wybierz pusty materiał i zastosuj właściwości materiałowe z Table 1.</li>
	<li>Wybierz Add Physics (Dodaj fizykę) z karty głównej i wpisz AC/DC. W węźle AC/DC wybierz prądy elektryczne jako Physics (Fizyka) w podwęźle pól i prądów elektrycznych.</li>
	<li>Kliknij prawym przyciskiem myszy na Electric Current (Prąd elektryczny) i wybierz podwęzły Current Conservation (Zachowanie prądu), Insulate (Izoluj) oraz Electric Potential (Potencjał elektryczny), aby odizolować ściany kanału i przypisać potencjał do elektrod.</li>
	<li>Wybierz Add Physics z karty głównej, a w węźle Fluid Flow (Przepływ płynu) wybierz Creeping Flow Physics (Fizyka przepływu pełzającego) w podwęźle Single-Phase Flow (Przepływ jednofazowy). Kliknij prawym przyciskiem myszy na Single-Phase Flow i zdefiniuj granice chipa jako ściany, korzystając z podwęzła Wall (Ściana).</li>
	<li>Kliknij prawym przyciskiem myszy na Single-Phase Flow i dodaj dwa podwęzły wlotowe (inlet) oraz jeden podwęzeł wylotowy (outlet).</li>
	<li>Przypisz wloty za pomocą podwęzła wlotowego i ustaw normalną prędkość w Flow Velocity (Prędkość przepływu) jako Boundary Condition (Warunek brzegowy). Przypisz wylot za pomocą podwęzła wylotowego.</li>
	<li>Wybierz Add Physics z karty głównej, a w węźle Fluid Flow wybierz Particle Tracing Flow Physics (Fizyka śledzenia cząstek) w podwęźle Particle Tracing (Śledzenie cząstek).</li>
	<li>Kliknij prawym przyciskiem myszy na węźle Particle Tracing i dodaj podwęzły: ścianę (wall), dwa podwęzły właściwości cząstek, dwa podwęzły wlotowe, jeden podwęzeł wylotowy, dwa podwęzły siły dielektroforetycznej oraz jeden podwęzeł siły oporu (drag force).
	<ol>
		<li>Ustaw Particle Properties (Właściwości cząstek) dla komórek MCF-7 i MCF-10A za pomocą podwęzła Particle Properties. Wybierz właściwości cząstek z parametrów w sekcji Global Definition.</li>
		<li>Dodaj podwęzeł Drag Force (Siła oporu), aby przypisać siłę dielektroforetyczną do obu typów komórek.</li>
		<li>Dodaj Particle Properties, w tym przypadku z sekcji parametrów. Dodaj podwęzeł Shell (Otoczka), aby zamodelować komórki ssaków.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Z karty głównej wybierz Add Mesh (Dodaj siatkę) i zaznacz Fine Mesh (Siatka gęsta). Wybierz Build Mesh (Buduj siatkę) z karty głównej, aby wygenerować siatkę.</li>
	<li>Z karty głównej kliknij Add Study (Dodaj badanie), aby dodać trzy kroki badania. Study Step 1 służy do symulacji odpowiedzi częstotliwościowej; użyj podwęzła Frequency Domain (Dziedzina częstotliwości).
	<ol>
		<li>Aby zasymulować przepływ pełzający, wybierz węzeł Stationary Study (Badanie stacjonarne). Dodaj dwa kroki zależne od czasu, aby zasymulować warunki z siłą dielektroforetyczną i bez niej.</li>
		<li>Dla warunku bez dielektroforezy wybierz Physics and Variables Selection (Wybór fizyki i zmiennych), zaznacz pole Modify Model Configuration (Modyfikuj konfigurację modelu) dla kroku badania i wyłącz Dielectrophoretic Step (Krok dielektroforetyczny). Dla warunków dielektroforetycznych nie wyłączaj tej opcji. Zapisz plik i kliknij Compute (Oblicz), aby uruchomić symulację. 
		UWAGA: Chip mikroprzepływowy zaprojektowany do sortowania nieprzetworniczych komórek raka piersi (MCF-7) i nietumorowych komórek nabłonkowych piersi (MCF-10A) posiada dwa oddzielne wloty: odpowiednio dla przepływu mieszaniny komórek i dla hydrodynamicznej koncentracji przepływu, o szerokościach odpowiednio 20 µm i 40 µm, jak pokazano na Supplementary Figure 1 i Supplementary Figure 2.</li>
		<li>Przypisz częstotliwość (f0) w podwęźle Frequency Domain oraz napięcie za pomocą podwęzła Electric Potential do elektrod planarnych (o szerokości 295 µm) umieszczonych wzdłuż górnej ściany bocznej komory sortującej. Na wylocie zastosuj warunek ściany typu „freeze” (zamrożenie), aby zwizualizować posortowane cząstki.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Model matematyczny i analiza obliczeniowa
<ol>
	<li>Zweryfikuj parametry operacyjne dla separacji nieprzerzutowych komórek raka piersi i nietumorowych komórek nabłonka piersi wewnątrz urządzenia mikrofluidycznego poprzez przeprowadzenie badania numerycznej mechaniki płynów (CFD). 
	UWAGA: W tym celu wykorzystano oprogramowanie do analizy wielofizycznej (moduły AC/DC, Microfluidics oraz Particle Tracking). Równania rządzące i podstawy teoretyczne zostały szczegółowo przedstawione w Supplementary File 1. Model przetestowano, wykorzystując właściwości dielektryczne nieprzerzutowych komórek raka piersi (MCF7) i nietumorowych komórek nabłonka piersi (MCF-10A) opisane w literaturze31,32, które podsumowano w Table 1.</li>
	<li>Przeprowadź symulacje CFD, wprowadzając linie komórkowe nieprzerzutowego raka piersi (MCF7) i nietumorowego nabłonka piersi (MCF-10A) w stosunku 1:1 na wlocie mieszaniny komórek.
	<ol>
		<li>W pierwszej kolejności przeprowadź badanie niezależności siatki, aby zoptymalizować rozmiar siatki dla symulacji33. 
		UWAGA: Badanie niezależności siatki przeprowadzono w celu znalezienia optymalnego rozwiązania dla parametrów operacyjnych. Wybrano zestaw pięciu różnych rozmiarów siatki, aby określić najlepszy możliwy rozmiar elementu dla zbieżności rozwiązania. Zaobserwowano, że gdy całkowita liczba elementów definiujących siatkę wynosiła 635 (siatka rzadsza), jak pokazano na Supplementary Figure 3A, wydajność sortowania była najniższa, a niektóre komórki MCF7 przemieszczały się do dolnego wylotu, co przedstawiono na Supplementary Figure 3B. Gdy rozmiar siatki zwiększono do poziomu fine, liczba elementów definiujących siatkę wzrosła do 2 288. W tym przypadku wydajność sortowania była maksymalna, a zarówno komórki MCF7, jak i MCF-10A przemieszczały się w stronę odpowiednich wylotów. Przeprowadzono również symulację dla siatki finer, gdzie liczba elementów zwiększyła się do 3 188. Wydajność sortowania nie uległa zmianie powyżej tego punktu. Zatem można z całą pewnością stwierdzić, że rozmiar siatki fine sprawdza się w naszym przypadku najlepiej.</li>
		<li>Rozwiąż dwa zestawy badań CFD.</li>
		<li>Dla pierwszego zestawu kliknij prawym przyciskiem myszy na Study 1 i dodaj podwęzeł Parametric Sweep . Naciśnij znak + , aby dodać przewodność ośrodka płynnego „σm” jako zmienną sweep. Przeprowadź badanie parametric sweep dla przewodności ośrodka płynnego σm w zakresie od 0,01 S/m do 2,5 S/m, utrzymując stałą przyłożoną częstotliwość f (Hz) na poziomie 800 kHz.</li>
		<li>Dla drugiego zestawu przeprowadź badanie Parametric Sweep , zmieniając przyłożoną częstotliwość prądu zmiennego (AC) od 100 kHz do 100 MHz, utrzymując przewodność ośrodka płynnego σm na stałym poziomie 0,4 S/m dla każdego przypadku. Wartość σm wybrano na podstawie wyników pierwszego badania CFD, ponieważ przy tej wartości zaobserwowano maksymalną separację między MCF-7 a MCF-10A.</li>
		<li>Siła dielektroforezy (DEP), FDEP (-), działająca na dielektryczną cząstkę sferyczną w ośrodku przewodzącym, jest dana równaniem 1T34: 
		FDEP <img alt="Schemat równania równowagi statycznej, ΣF=0, obejmujący zmienne przenikalności i pola elektrycznego." src="/files/ftp_upload/63850/63850eq01.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 1">  [1] 
		Użyj równania 1 w podwęźle siły dielektroforetycznej. W równaniu 1 r oznacza promień cząstki, do której przyłożona jest siła FDEP ; K (-) to czynnik Clausiusa-Mossottiego; εm (-) oznacza przenikalność dielektryczną ośrodka; a E(V/m) to wartość skuteczna natężenia pola elektrycznego.</li>
		<li>Użyj równania 2 dla cząstki sferycznej w podwęźle siły dielektroforetycznej. 
		<img alt="Wzór matematyczny dla mechaniki pękania; K współczynnik intensywności naprężeń; analiza równania." src="/files/ftp_upload/63850/63850eq02.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 2">     [2] 
		W równaniu 2 <img alt="Równanie równowagi statycznej ΣFx=0, schemat, zastosowanie edukacyjne w pojęciach fizycznych." src="/files/ftp_upload/63850/63850eq03.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 3"> (-) oznacza przenikalność zespoloną cząstki, do której przyłożona jest siła DEP; <img alt="Równanie równowagi statycznej ΣFx=0 schemat; ilustruje zasady równowagi sił w badaniach fizycznych." src="/files/ftp_upload/63850/63850eq04.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 4"> (-) oznacza przenikalność zespoloną cieczy otaczającej cząstkę. Przenikalność zespolona <img alt="Równanie równowagi statycznej ΣFx=0, schemat, zastosowanie edukacyjne w pojęciach fizycznych." src="/files/ftp_upload/63850/63850eq03.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 3"> oraz <img alt="Równanie równowagi statycznej ΣFx=0 schemat; ilustruje zasady równowagi sił w badaniach fizycznych." src="/files/ftp_upload/63850/63850eq04.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 4"> są zdefiniowane następująco35:</li>
		<li>Użyj równania 3 dla cząstki sferycznej w podwęźle siły dielektroforetycznej: 
		<img alt="Równania przenikalności zespolonej, symbole naprężeń modułu elektrycznego, analiza wzorów fizycznych." src="/files/ftp_upload/63850/63850eq06.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 6">     [3] 
		W równaniu 3 εp (-) oznacza część rzeczywistą przenikalności zespolonej cząstki; εm (-) oznacza część rzeczywistą przenikalności zespolonej cieczy otaczającej cząstkę; σp (S/m) oznacza przewodność cząstki; σm (S/m) oznacza przewodność ośrodka otaczającego cząstkę; a ω (Hz) to częstotliwość przyłożonego pola elektrycznego. 
		UWAGA: Znak Re(K) określa polaryzację FDEP. Jeśli znak Re(K) jest ujemny, cząstka doświadcza ujemnej siły dielektroforetycznej (nDEP); przeciwnie, jeśli znak Re(K) jest dodatni, oznacza to dodatnią siłę dielektroforetyczną (pDEP). W przypadku czynnika Clausiusa-Mossottiego (K), zmienność mieści się w zakresie od -1 do 1.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Użyj zmodyfikowanej formy równania 3 do modelowania komórek biologicznych, takich jak komórki ssaków, które są bardziej złożone i mają strukturę wielowarstwową. 
	K (<img alt="Symbole matematyczne ξₚ, ξₘ; istotne w równaniach lub metodach naukowych dla zaawansowanych badań." src="/files/ftp_upload/63850/63850eq07.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 7">) = <img alt="Wzór równowagi statycznej, Σε'eq−ε'm/Σε'eq−2ε'm, równanie do analizy mechanicznej" src="/files/ftp_upload/63850/63850eq08.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 8">     [4] 
	W równaniu 4 <img alt="Schemat równania równowagi ξ_eq pokazujący koncepcję równowagi statycznej w kontekście badawczym." src="/files/ftp_upload/63850/63850eq09.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 9"> (-) uwzględnia zarówno przenikalność zespoloną cytoplazmy, <img alt="Równowaga statyczna; wzór: ξ'cyto." src="/files/ftp_upload/63850/63850eq10.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 10"> (-), jak i przenikalność zespoloną błony komórkowej, <img alt="Równanie równowagi statycznej: symbol ε'mem. " src="/files/ftp_upload/63850/63850eq11.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 11"> (-), i jest podane następująco:36</li>
	<li>Użyj równania 5, aby rozwiązać „<img alt="Równanie równowagi statycznej ξ_eq, symbol dla analizy równowagi mechanicznej." src="/files/ftp_upload/63850/63850eq12.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 12">”: 
	<img alt="Wzór równowagi statycznej; równanie stosowane w obliczeniach fizycznych i inżynieryjnych." src="/files/ftp_upload/63850/63850eq13.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Równanie 13">     [5] 
	W równaniu 5 Rcyto (m) i Rmem (m) oznaczają odpowiednio promień cytoplazmy komórkowej i błony komórkowej.</li>
	<li>Następnie użyj równania 4, aby wykreślić Re(K) jako funkcję przyłożonego pola elektrycznego dla komórek nowotworowych i zdrowych. Oblicz część rzeczywistą czynnika Clausiusa-Mossottiego (CM), Re(K), aby określić siłę dielektroforetyczną (DEP), której poddana jest cząstka.</li>
	<li>Kliknij prawym przyciskiem myszy na węźle Results , dodaj podwęzeł Particle Evaluation , a w sekcji wyrażeń wpisz fpt.deff1.K, aby wykreślić czynnik CM dla cząstki 1 oraz fpt.deff2.K dla cząstki 2. 
	UWAGA: Wszystkie kroki protokołu wymienione w tekście głównym można obejrzeć w filmie instruktażowym (Video 1).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak potencjalnych konfliktów interesów.

Urządzenia mikroprzepływowe zostały wcześniej opisane do hodowli komórek, pułapki i sortowania 47,52,53. Wytwarzanie tych urządzeń w pomieszczeniu czystym jest kosztownym procesem i konieczne jest ilościowe określenie wydajności i wydajności proponowanego urządzenia mikroprzepływowego za pomocą symulacji CFD. W pracy przedstawiono projekt i symulacje urządzenia mikroprzepływowego AC-dielektroforetycznego do ciągłej separacji kom...

Złośliwy nowotwór, który rozwija się w tkance piersi i wokół niej, jest częstą przyczyną raka piersi u kobiet na całym świecie, powodując poważny problem zdrowotny1. Guzy piersi przed przerzutami mogą być leczone chirurgicznie, jeśli zostaną wykryte na wczesnym etapie, ale jeśli zostaną zignorowane, mogą mieć poważne konsekwencje dla życia pacjentki, rozprzestrzeniając się na płuca, mózg i kości. Leczenie oferowane na późniejszych etapach, takie jak radioterapia i terapie chemiczne, mają poważne skutki uboczne2. Ostatnie badania wykazały, że wczesne rozpoznanie raka piersi zmniejsza śmiertelność o 60%3. Dlatego konieczne jest dążenie do spersonalizowanych metod wczesnego wykrywania. W tym celu naukowcy pracujący w różnych dziedzinach nauki i technologii wykorzystali mikrofluidykę do opracowania urządzeń do wczesnej diagnostyki raka piersi4. Metody te obejmują mikrochromatografię powinowactwa komórkowego, sortery mikrokomórek aktywowane magnetycznie, wychwytywanie i separację komórek nowotworowych na podstawie wielkości oraz dielektroforezę na chipie (DEP)5,6. Te techniki mikroprzepływowe opisane w literaturze umożliwiają precyzyjną manipulację komórkami, monitorowanie w czasie rzeczywistym i sortowanie dobrze zdefiniowanych próbek, które służą jako etap pośredni w wielu zastosowaniach diagnostycznych i terapeutycznych5. Integracja tych mechanizmów sortowania z mikroprzepływami zapewnia elastyczną i niezawodną manipulację komórkami docelowymi7,8,9,10. Jedną z głównych zalet takiej integracji jest możliwość pracy z próbkami płynów o objętościach od nano do mikrolitrów, a także możliwość manipulowania właściwościami elektrycznymi próbki płynu. Dostosowując przewodność płynu zawieszającego wewnątrz urządzeń mikroprzepływowych, komórki biologiczne można sortować na podstawie ich rozmiarów i różnic w ich właściwościach dielektrycznych11,12.
Wśród tych technik, często preferowany jest wbudowany DEP, ponieważ jest to technika sortowania komórek bez etykiet, która wykorzystuje właściwości elektryczne próbek biologicznych. Zgłoszono, że DEP manipuluje próbkami biologicznymi, takimi jak DNA13, RNA14, proteins15, bacteria16, blood cells17, krążące komórki nowotworowe (CTCs)18 i stem cells19. Urządzenia mikroprzepływowe, które wykorzystują DEP do sortowania próbek biologicznych, zostały obszernie opisane w literaturze20. Stwierdzono istnienie zbiornikowych urządzeń mikroprzepływowych DEP (rDEP) do sortowania żywotnych i nieżywotnych komórek drożdży, które chronią komórki przed niekorzystnymi skutkami reakcji elektrochemicznych21,22. Piacentini i wsp. opisali ażurowy sorter komórek mikroprzepływowych, który oddzielał czerwone krwinki od płytek krwi ze skutecznością 97%23. Zgłoszono również, że urządzenia DEP na chipie z asymetrycznymi otworami i wbudowanymi elektrodami sortują żywotne i nieżywotne komórki24. Valero i Demierre i wsp. zmodyfikowali ażurowy sorter komórek mikroprzepływowych, wprowadzając dwie matryce mikroelektrod po obu stronach kanału25,26. Pomogło to w skupieniu komórek w środku kanału. Zeynep i wsp. zaprezentowali urządzenie mikroprzepływowe oparte na DEP do oddzielania i koncentrowania komórek raka piersi MCF7 z leukocytów27. Stwierdzili skuteczność ekstrakcji komórek MCF7 z leukocytów między 74%-98% z częstotliwością 1 MHz i przyłożonym napięciem w zakresie 10-12 Vpp. Tabela uzupełniająca 1 przedstawia jakościowe i ilościowe porównanie urządzeń do sortowania mikroprzepływowego opartych na DEP w oparciu o ich konstrukcję, konfigurację elektrod i parametry operacyjne (przyłożona częstotliwość i napięcie).
Ostatnio badacze próbowali zmierzyć różnice w zachowaniu dielektrycznym komórek nabłonka piersi (MCF-10A) i komórek raka piersi bez przerzutów (MCF-7) wewnątrz mikroprzepływowego chipa28,29. Jithin i wsp. scharakteryzowali również odpowiedzi dielektryczne różnych linii komórek nowotworowych za pomocą techniki otwartej sondy koncentrycznej o częstotliwościach od 200 MHz do 13,6 GHz30. Te różnice w reakcjach dielektrycznych linii komórkowych MCF-7 i MCF-10A można wykorzystać do ich rozdzielenia w czasie pracy i mogą prowadzić do opracowania spersonalizowanych urządzeń do diagnostyki na wczesnym etapie.
W tym artykule symulujemy kontrolowane sortowanie komórek raka piersi bez przerzutów (MCF-7) i komórek nabłonka piersi bez guza (MCF-10A) za pomocą dielektroforezy AC. Obszar zmian w polu elektrycznym wpływa na sortowanie wewnątrz chipa mikroprzepływowego. Proponowana technika jest łatwa do wdrożenia i pozwala na integrację techniki sortowania z różnymi układami mikroprzepływowymi. Symulacje obliczeniowej dynamiki płynów (CFD) przeprowadzono w celu zbadania separacji komórek nabłonka raka piersi bez przerzutów i komórek nabłonka piersi niebędących nowotworami poprzez zmianę przewodności płynnego podłoża, w którym zawieszono komórki. W symulacjach tych wykazano, że utrzymując stałą przewodność i zmieniając przyłożoną częstotliwość, można kontrolować separację komórek nowotworowych i zdrowych komórek.

<table><tbody><tr><td>COMSOL</td><td>COMSOL</td><td></td><td>multifizyczne oprogramowanie symulacyjne</td></tr></tbody></table>

urządzenie mikroprzepływowe do separacji komórek raka piersi bez przerzutów (mcf-7) i nienowotworowych (mcf-10a) za pomocą dielektroforezy prądu przemiennego

Microfluidic Device for the Separation of Non-Metastatic (MCF-7) and Non-Tumor (MCF-10A) Breast Cancer Cells Using AC Dielectrophoresis

Urządzenia dielektroforetyczne są zdolne do wykrywania i manipulowania komórkami rakowymi w sposób bezznacznikowy, opłacalny, solidny i dokładny, wykorzystując zasadę polaryzacji komórek rakowych w objętości próbki poprzez zastosowanie zewnętrznego pola elektrycznego. W artykule pokazano, w jaki sposób można wykorzystać platformę mikroprzepływową do wysokoprzepustowego ciągłego sortowania komórek raka piersi bez przerzutów (MCF-7) i komórek nabłonka piersi nienowotworowych (MCF-10A) przy użyciu hydrodynamicznej dielektroforezy (HDEP) z mieszaniny komórek. Generując pole elektryczne między dwiema elektrodami umieszczonymi obok siebie z przerwą między nimi o wielkości mikronów w chipie mikroprzepływowym HDEP, nienowotworowe komórki nabłonka piersi (MCF-10A) mogą zostać odepchnięte, wykazując ujemny DEP wewnątrz głównego kanału, podczas gdy nieprzerzutowe komórki raka piersi podążają swoim torem niezakłócone, gdy są zawieszone w podłożu komórkowym, ponieważ mają przewodność wyższą niż przewodność błonowa. Aby zademonstrować tę koncepcję, przeprowadzono symulacje dla różnych wartości przewodności ośrodka i zbadano sortowanie komórek. Przeprowadzono badanie parametryczne i stwierdzono, że odpowiednia przewodność mieszaniny komórek wynosi 0,4 S/m. Utrzymując stałą przewodność medium, ustalono odpowiednią częstotliwość prądu przemiennego 0,8 MHz, co zapewnia maksymalną wydajność sortowania poprzez zmianę częstotliwości pola elektrycznego. Stosując zademonstrowaną metodę, po doborze odpowiedniej przewodności medium zawiesinowego mieszaniny komórek oraz częstotliwości zastosowanego prądu przemiennego, można osiągnąć maksymalną wydajność sortowania.

Badanie optymalnych parametrów operacyjnych dla efektywnego sortowania opartego na DEP komórek nieprzerzutowego raka piersi (MCF-7) oraz nietumorowych komórek nabłonkowych piersi (MCF-10A) 
Aby osiągnąć skuteczną separację komórek nieprzerzutowego raka piersi (MCF-7) i nietumorowych komórek nabłonkowych piersi (MCF-10A) o odmiennych właściwościach dielektrycznych podczas dielektroforezy, ich czynniki K powinny być różne przy zachowaniu stałej częstotliwości przyłożonego pola37<...

Komórki raka piersi wykazują inne właściwości dielektryczne w porównaniu do komórek nabłonka piersi niebędących nowotworami. Postawiono hipotezę, że w oparciu o tę różnicę we właściwościach dielektrycznych, obie populacje można rozdzielić do celów immunoterapii. Aby to wesprzeć, modelujemy urządzenie mikroprzepływowe do sortowania komórek MCF-7 i MCF-10A.

Urządzenie mikroprzepływowe do separacji komórek raka piersi bez przerzutów (MCF-7) i nienowotworowych (MCF-10A) za pomocą dielektroforezy prądu przemiennego

Dielectrophoretic devices are capable of the detection and manipulation of cancer cells in a label-free, cost-effective, robust, and accurate manner using ...

Protokół ten pozwala na oddzielenie komórek nowotworowych od zdrowych w kontrolowany sposób poprzez utrzymanie stałej przewodności i zmianę zastosowanej częstotliwości. Protokół ten symuluje kontrolowane sortowanie komórek raka piersi bez przerzutów i komórek nabłonka piersi nienowotworowych przy użyciu dielektroforezy prądu przemiennego. Technika ta jest pierwszym opartym na symulacji przykładem inline separacji komórek nabłonka piersi bez przerzutów i komórek nabłonka piersi nienowotworowych na podstawie ich właściwości dielektrycznych.Aby rozpocząć, otwórz oprogramowanie Multiphysics, wybierz pusty model i kliknij prawym przyciskiem myszy definicje globalne. Wybierz parametry i zaimportuj parametry podane w tabeli pierwszej do definicji globalnych jako plik tekstowy lub wprowadź wartości pojedynczo. Wybierz opcję Dodaj komponent na karcie narzędzia głównego i dodaj komponent 2D.Kliknij geometrię prawym przyciskiem myszy i zaimportuj plik modelu, klikając go dwukrotnie. Wybierz materiał zerowy i użyj właściwości materiału z tabeli pierwszej. Przejdź do zakładki Strona główna, wybierz Dodaj fizykę i wpisz AC/DC.Następnie przejdź do węzła AC/DC pod podwęzłem pól i prądów elektryczn

microfluidic-device-for-separation-non-metastatic-mcf-7-non-tumor-mcf

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Dielektroforeza (DEP) jest skuteczną metodą manipulowania komórkami. Płytki drukowane (PCB) mogą stanowić niedrogie, wielokrotnego użytku i wydajne elektrody do bezkontaktowego manipulowania komórkami w urządzeniach mikroprzepływowych. Poprzez połączenie kanałów mikroprzepływowych opartych na PDMS z szkiełkami nakrywowymi na płytkach PCB, demonstrujemy manipulację i separację kulek oraz komórek w wielokanałowych urządzeniach mikroprzepływowych.

Separacja kulek i komórek w wielokanałowych urządzeniach mikroprzepływowych z wykorzystaniem dielektroforezy i przepływu laminarnego

Bezkontaktowa dielektroforeza (cDEP) umożliwia sortowanie i wzbogacanie cząstek dzięki ich wewnętrznym właściwościom dielektrycznym. Kanały elektrod przepływowych zastępują elektrody metalowe tradycyjne dla DEP, dostosowując cDEP do nieuszkadzającego sterylnego charakteryzowania i sortowania cząstek biologicznych. Pokazujemy, jak przygotować mikrourządzenie cDEP oraz przeprowadzić eksperymenty z charakterystyką i sortowaniem komórek.

Bezznacznikowa izolacja i wzbogacanie komórek poprzez bezdotykową dielektroforezę

Platforma elektroporacji wspomagana wirami mikroprzepływowymi została opracowana do sekwencyjnego dostarczania wielu cząsteczek do identycznych populacji komórek z precyzyjną i niezależną kontrolą dawkowania. Etap oczyszczania komórek docelowych w oparciu o rozmiar, poprzedzający elektroporację, przyczynił się do zwiększenia wydajności dostarczania molekularnego i żywotności komórek przetworzonych.

Mikroskalowy elektroporator wspomagany wirami do sekwencyjnego dostarczania molekularnego

Ten protokół opisuje architekturę systemu do wykonywania automatycznych separacji cząstek o małej objętości (0,15–1,5 ml) za pomocą urządzenia mikroprzepływowego i omawia metody optymalizacji wydajności i działania urządzenia akustycznego.

Platforma mikroprzepływowa do precyzyjnego przetwarzania próbek o małej objętości i jej wykorzystanie do wymiarowania oddzielnych cząstek biologicznych za pomocą mikrourządzenia akustycznego

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

Ten protokół opisuje wykorzystanie strategii wymiany opartej na inercyjnej mikroprzepływowości do oczyszczania komórek inżynierii mikro/nanocząsteczkowej z efektywnym usuwaniem niezwiązanych cząstek.

Mikroprzepływowa wymiana buforowa w celu inżynierii komórek mikro/nanocząsteczkowych bez zakłóceń

Ten artykuł ma na celu dostarczenie protokołu izolacji i hodowli pierwotnych fibroblastów związanych z rakiem z syngenicznego mysiego modelu potrójnie ujemnego raka piersi oraz ich zastosowanie w badaniach przedklinicznych nowych nanocząstek zaprojektowanych do celowania w mikrośrodowisko guza.

Izolacja pierwotnych fibroblastów związanych z rakiem z syngenicznego mysiego modelu raka piersi w celu zbadania celowanych nanocząstek

Ten artykuł opisuje zastosowanie zautomatyzowanego sprzętu do łatwego i efektywnego oddzielania i zbierania substancji, takich jak bezkomórkowe DNA i krążące komórki nowotworowe, z krwi pełnej.

Automatyczne oddzielanie i pobieranie substancji nowotworowych z próbek klinicznych

Kliniczny chip mikroprzepływowy jest ważną techniką analizy biomedycznej, która upraszcza wstępne przetwarzanie próbek krwi pacjenta klinicznego i immunofluorescencyjnie barwi krążące komórki nowotworowe (CTC) in situ na chipie, umożliwiając szybkie wykrycie i identyfikację pojedynczego CTC.

Kliniczna mikroprzepływowa platforma chipowa do izolacji wszechstronnych krążących komórek nowotworowych

Tutaj prezentujemy dielektroforezę indukowaną światłem jako bezznacznikowe podejście do charakteryzowania heterogenicznych linii komórkowych, w szczególności ludzkich mezenchymalnych komórek macierzystych (hMSC). W artykule opisano protokół wykorzystania i optymalizacji urządzenia mikroprzepływowego z warstwą fotoprzewodzącą w celu scharakteryzowania zachowania elektrycznego hMSC bez zmiany ich stanu natywnego.

Dielektroforeza indukowana światłem w celu scharakteryzowania zachowania elektrycznego ludzkich mezenchymalnych komórek macierzystych

Komórki nowotworowe krążące (CTC) są kluczowe dla badania postępu nowotworów i przerzutów. Niniejszy artykuł przedstawia wysokoprzepustowy, zintegrowany protokół wzbogacania CTC oraz sekwencjonowania pojedynczego CTC, poprawiający efektywność przechwytywania i czystość CTC, jednocześnie zmniejszając koszty zanieczyszczenia i sekwencjonowania, co przyczynia się do rozwoju badań i zastosowań klinicznych w precyzyjnej onkologii.

Technologia sortowania komórek nowotworowych o wysokiej przepustowości i sekwencjonowania pojedynczych komórek oparta na mikrofluidice

Poznaj symulację separacji komórek MCF-7 i MCF-10A za pomocą dielektroforezy AC w mikroprzepływowym urządzeniu. Ta metoda umożliwia selektywne sortowanie komórek nowotworowych i zdrowych.

Urządzenie mikroprzepływowe do separacji komórek raka piersi bez przerzutów (MCF-7) i nienowotworowych (MCF-10A) za pomocą dielektroforezy prądu przemiennego (Wideo) | JoVE Journal

Urządzenie mikroprzepływowe do separacji komórek raka piersi bez przerzutów (MCF-7) i nienowotworowych (MCF-10A) za pomocą dielektroforezy prądu przemiennego

Przeglądaj więcej filmów