Wzorcowanie komórek przy użyciu strategii magnetyczno-archimedesowej
February 2nd, 2024
Ten protokół opisuje metodę tworzenia wzorców komórkowych bez tuszu, bez etykiet, niezależną od podłoża, opartą na efekcie magnetycznym Archimedesa.
Modelowanie komórek to intuicyjna i wydajna technologia do indywidualnych badań. Nasze badania mają na celu przedstawienie wszechstronnej, przyjaznej dla użytkownika i niedrogiej metody modelowania komórek, która mogłaby zostać odtworzona w większości laboratoriów biomedycznych. W porównaniu z innymi metodami, nasz protokół nie wymaga specjalistycznych umiejętności i sprzętu.
Ponadto rozwija się równolegle do znaków bez atramentu, bez etykiet, niezależnie od podłoża i umożliwia tworzenie wzorów o wysokiej przepustowości. Protokół wymaga tylko dwóch niezbędnych rzeczy: magnesów i środków kontrastowych na bazie gadolinu, które są łatwe do zdobycia w niskich cenach. Metoda modelowania komórek oparta na magnesach zapewnia wygodne rozwiązania dla pierwszego etapu różnych eksperymentów, w tym migracji komórek, biomimetycznej kohodowli wielokomórkowej, składania organoidów, badań biomateriałów i innych.
Aby rozpocząć, wybierz płaskie prostokątne magnesy, aby zmontować zestawy magnesów dla wzorów pasków. Wytnij dwie silikonowe płytki o grubości milimetra na prostokąty o wymiarach 2 na 8 na 30 milimetrów. Następnie zmontuj prostokątne magnesy i płytki silikonowe warstwa po warstwie.
W przypadku wzorów z matrycą punktową zmontuj miniaturowe magnesy cylindryczne, upewniając się, że każdy zestaw magnesów składa się z 36 cylindrycznych magnesów ułożonych w siatkę sześć na sześć. Aby przygotować urządzenie do hodowli komórkowej, użyj dziurkacza, aby utworzyć prostokątny otwór o wymiarach jeden na jeden centymetr w silikonowej płytce o grubości dwóch milimetrów. Przytnij silikonową płytkę wokół otworu, aby stworzyć okrągłą formę z otworem pośrodku.
W celu sterylizacji umieść formy w myjce ultradźwiękowej. Sterylizuj formy czystą wodą przez 10 minut. Następnie zastąp wodę 75% etanolem na 10 minut.
Suszyć formy w pudełku sterylizatora w temperaturze 65 stopni Celsjusza przez 60 minut. Następnie przymocuj wysterylizowaną silikonową formę do 25-milimetrowego okrągłego szkiełka szklanego i delikatnie dociśnij formę, aby silikon przylegał do szkła. Umieść zestawy magnesów na 6-dołkowej płytce i umieść urządzenie do hodowli komórkowej na zestawie magnesów.
Aby przygotować 30-milimolowy roztwór do wstrzykiwań Gd-DTPA, należy zmieszać 30 mikrolitrów Gd-DTPA z 470 mikrolitrami kompletnej pożywki do hodowli komórkowych. Aby stworzyć wzory komórek, odwiruj zawiesinę HUVEC o sile 200 G przez pięć minut i ponownie zawiesić osad w pożywce zawierającej Gd-DTPA. Po zliczeniu komórek dostosuj gęstość komórek do około dwa razy dziesięć do pięciu komórek na mililitr za pomocą pożywki zawierającej Gd-DTPA.
Delikatnie wymieszaj zawiesinę komórkową i dodaj 200 mikrolitrów do wnęki formy do hodowli komórkowych, aby uzyskać pełną płyn powierzchnię. Inkubuj płytkę przez trzy do sześciu godzin, aż komórki przylgną do podłoża. Po inkubacji zastąp pożywkę zawierającą Gd-DTPA kompletną pożywką hodowlaną i wyjmij urządzenie do hodowli komórkowej z zestawu magnesów.
Aby przygotować urządzenie do hodowli komórkowej do modelowania komórek w paski, zastąp grube płytki silikonowe z urządzenia cienkimi płytkami. Po utworzeniu wzoru pierwszego typu komórek, jak pokazano wcześniej, przesuń urządzenie do hodowli komórkowej o jeden milimetr od magnesów poniżej w prawo. Zastosuj tę samą procedurę tworzenia wzoru do drugiego typu komórek i przesuń trzecie urządzenie do hodowli komórkowej o jeden milimetr od magnesów poniżej w prawo.
Uformuj trzeci typ komórek, jak pokazano. Po ułożeniu wszystkich typów komórek umyj szkiełka dwukrotnie 200 mikrolitrami PBS. Na koniec zastąp PBS kompletną pożywką do hodowli komórkowych.
Testy żywotności przeprowadzone na HUVEC traktowanych Gd-DTPA przez 12 godzin nie wykazały znaczącego spadku żywotności komórek, z wyjątkiem 50-milimolowego Gd-DTPA, co spowodowało różnicę statystyczną, ale zachowało wskaźnik życia na poziomie około 90%W przypadku wielotypowego wzorca komórkowego wygenerowano trójdzielny wzór komórek z paskami obok siebie i koncentrycznymi układami kropek.
Przegląd
Ten protokół opisuje wszechstronny, przyjazny dla użytkownika i niedrogi sposób uzyskiwania wzorców komórkowych oparty na efektzie Archimedesa magnetycznego. Jest wolny od atramentu, etykiet i podłoża oraz umożliwia wysokowydajne uzyskiwanie wzorców.
Kluczowe komponenty badania
Dziedzina nauki
- Uzyskiwanie wzorców komórkowych
- Badania biomedyczne
- Manipulacja magnetyczna
Tło
- Uzyskiwanie wzorców komórkowych jest niezbędne do różnych eksperymentów biologicznych.
- Tradycyjne metody często wymagają specjalistycznych umiejętności i sprzętu.
- Ta metoda upraszcza proces za pomocą dostępnych materiałów.
- Protokół jest zaprojektowany tak, aby można go było powtórzyć w większości laboratoriów biomedycznych.
Cel badania
- Prezentacja wysokowydajnej metody uzyskiwania wzorców komórkowych.
- Zaoferowanie dostępnej alternatywy dla istniejących technik.
- Ułatwienie przeprowadzania szerokiej gamy eksperymentów, w tym migracji komórek i montażu organoidalnego.
Stosowane metody
- Wykorzystanie magnesów do manipulacji komórkami.
- Zastosowanie środków kontrastowych na bazie gadolinu.
- Wysokowydajne możliwości uzyskiwania wzorców.
- Niezależne od podłoża podejście.
Główne wyniki
- Metoda pozwala na efektywne uzyskiwanie wzorców komórkowych bez atramentu ani etykiet.
- Demonstruje wszechstronność w różnych konfiguracjach eksperymentalnych.
- Oferuje kosztowo efektywne rozwiązanie dla badań biomedycznych.
- Umożliwia badania nad migracją komórek i współkulturą wielokomórkową.
Wnioski
- Metoda uzyskiwania wzorców komórkowych oparta na magnetyzmie jest przyjazna dla użytkownika i niedrogi.
- Otwiera nowe kierunki badań w biologii komórki.
- Przyszłymi zastosowaniami mogą być badania biomateriałów i montaż organoidalny.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Magnetic-Archimedes-based cell patterning enables precise, reproducible spatial control of single and multiple cell types, supporting advanced in vitro modeling for early discovery and translational research. Its ink-free, label-free, and substrate-independent workflow reduces technical barriers and cost, facilitating rapid hypothesis testing and scalable assay development. This capability strengthens predictive confidence in cell behavior studies and accelerates portfolio triage at key discovery inflection points.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables controlled spatial arrangement of cells for mechanistic studies and pathway interrogation.
- Supports functional target validation by facilitating reproducible co-culture and migration assays.
- Reduces biological ambiguity by standardizing initial cell positioning across experiments.
- Improves predictive confidence in early-stage phenotypic screening and hypothesis testing.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, reproducible cell patterns for downstream high-throughput screening workflows.
- Facilitates assay standardization by eliminating ink or label artifacts and substrate dependencies.
- Enables scalable, parallel patterning for robust compound evaluation and platform reuse.
- Supports quantitative readouts by ensuring consistent initial cell distributions.
Translational & Preclinical Research
- Allows modeling of complex tissue architectures and multicellular interactions relevant to disease.
- Enables continuity from discovery through preclinical validation by supporting organoid assembly and biomaterial studies.
- De-risks translational advancement by providing physiologically relevant in vitro systems.
- Facilitates alignment with translational biomarkers through controlled co-culture experiments.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates at the interface of early discovery, assay development, and translational research, enabling seamless progression from hypothesis testing to preclinical modeling.
- Discovery Biology: Supports hypothesis-driven studies by enabling precise cell patterning for pathway and mechanistic analysis.
- Screening: Provides reproducible, scalable cell arrangements for assay readiness and quantitative screening outputs.
- Analytics: Delivers standardized spatial distributions, facilitating robust statistical comparison of experimental conditions.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical work by enabling complex co-culture and organoid models.
- Enterprise Reuse: Offers a broadly applicable, low-cost capability for diverse R&D teams and project portfolios.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in cell-based assays.
- Operational Value: Enhances reproducibility, standardization, and scalability across R&D workflows.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by enabling robust early-stage data.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of discovery and translational programs.
Implementation Considerations
- Requires basic cell culture expertise and access to standard laboratory magnets and gadolinium-based reagents.
- Minimal instrumentation needs; compatible with most biomedical laboratory infrastructure.
- Cross-team standardization is facilitated by the protocol's simplicity and reproducibility.
- Adaptable to various cell types and model systems, including co-culture and organoid formats.
- Viability considerations for specific cell types and reagent concentrations should be empirically validated.
