Aplicando a microfluídica Eletrofisiologia

Meu nome é Dave Edington. Sou professor assistente no Departamento de Bioengenharia da Universidade de Illinois em Chicago. E a área em que trabalhamos principalmente é a aplicação de microtecnologias a aplicações biomédicas, especificamente usando dispositivos microfluídicos.

E hoje vamos mostrar um de nossos projetos, que envolve o uso de um dispositivo microfluídico que se adapta a uma câmara de perfusão de fatia de cérebro padrão para fornecer estimulação espaço-temporal de uma fatia de cérebro. Portanto, atualmente, nas preparações de fatias de eletrofisiologia, as principais aplicações de neurotransmissores em uma fatia são globalmente em toda a fatia do cérebro. Estamos estimulando toda a fatia do cérebro de uma só vez ou usando uma micropipeta para soprar neurotransmissores em diferentes momentos.

A fatia do cérebro é uma estrutura muito complexa e, quando você está aplicando neurotransmissores globalmente ou usando uma micropipeta, não pode reproduzir padrões de estimulação in vivo. Considerando que, com nossa plataforma, somos capazes de controlar a estimulação de regiões muito específicas em toda a emenda cerebral e obter uma estimulação mais in vivo. Portanto, os sistemas de perfusão atuais são mostrados aqui, onde eles se encaixam com uma lâmina de vidro de cobertura padrão.

E isso permite que a mídia seja perfundida em toda a fatia. No entanto, você não pode controlar espacialmente a resolução desse neurotransmissor com o qual seu dispositivo estimulante é. Por isso, desenvolvemos um dispositivo micro flic que se encaixa com esta câmara de profusão padrão.

Portanto, todos os ensaios eletrofisiológicos padrão podem ser usados. E a única característica diferente é que, em vez de um fundo de vidro de cobertura, consiste em um dispositivo APDS que possui vários orifícios de passagem que se conectam a canais microfluídicos, que se conectam a aberturas nesta câmara de profusão superior que podemos estimular neurotransmissores através desses orifícios, através dos canais, pelas vias e na fatia do cérebro. E usamos uma técnica chamada bombeamento passivo para fornecer os fluidos.

Portanto, não precisamos de nenhum tubo complexo para sair deste dispositivo porque a eletrofisiologia já é um procedimento muito complexo. E simplificando o design do dispositivo e usando o bombeamento passivo, simplificamos o protocolo experimental de aplicação deste dispositivo microfluídico. A estrutura do dispositivo é uma rede microfluídica de duas camadas.

A primeira camada são os canais de roteamento que se conectam às portas de saída, e a segunda camada consiste nesses orifícios de passagem que conectam esses canais ao poço. Portanto, essa fabricação é feita usando etapas de microfabricação U padrão de duas camadas, onde temos algumas marcas de alinhamento que garantem que essas vias sejam posicionadas diretamente no centro desses quatro canais. Portanto, este dispositivo foi projetado para se encaixar na câmara de profusão padrão, para que todos os mesmos ensaios de eletrofisiologia possam ser usados.

Assim, podemos colocar isso no equipamento de eletrofisiologia, ter nosso objetivo entrando nele, fornecer estimulação local através de nossos canais microfluídicos e não complicar desnecessariamente a configuração experimental além do que ela precisa. Portanto, mantendo o design do dispositivo o mais simples possível, podemos disseminar essa plataforma com muito mais facilidade. Então, nossa estrutura agora, temos esses quatro Vs no meio de nossos canais microfluídicos, mas eles podem ser adaptados a diferentes necessidades de laboratórios, dependendo de qual região do cérebro eles estão estudando.

Assim, uma região poderia estudar o hipocampo e outra poderia estudar o córtex externo. E assim poderíamos estimular essas regiões dependendo de como projetamos esse dispositivo microfluídico. E como o dispositivo não requer componentes externos para operar, tudo o que você precisa é de um micropipetador para pipetar nessas aberturas usando a técnica de bombeamento passivo.

Não há equipamento extra além desse substrato inferior que o laboratório de eletrofisiologia padrão precise adquirir para usar este dispositivo. Então, até este ponto do projeto, temos nos concentrado em encaixar os canais microfluídicos nas câmaras de profusão padrão. E agora a próxima parte do projeto é realmente testar esse dispositivo em pesquisas reais baseadas em hipóteses usando essas preparações de fatias.

E assim demonstramos que, com o uso de corante fluorescente, podemos estimular espacialmente diferentes regiões injetando esses análogos fluorescentes nos canais. E o próximo passo é realmente fazer os experimentos biológicos reais. Portanto, o campo da microfluídica está chegando a um ponto de transição.

Estamos superando novas demonstrações de prova de conceito e realmente usando esses dispositivos para descobrir coisas novas e empolgantes que antes eram impossíveis de fazer. Portanto, o campo está mudando de técnicas em que usamos princípios disponíveis em microescala, como difusão rápida, fluxo laminar e grande serviço para proporções de volume e integração de processos. E agora vamos usá-los e aplicá-los para resolver necessidades não atendidas no laboratório e na clínica.