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 em aplicações biomédicas, especificamente utilizando dispositivos microfluídicos.

E hoje vamos mostrar a vocês um dos nossos projetos, que envolve o uso de um dispositivo microfluídico adaptado a uma câmara de perfusão padrão para fatias cerebrais, capaz de fornecer estímulos espaciotemporais a uma fatia cerebral. Atualmente, em preparações de fatias para eletrofisiologia, as principais formas de aplicação de neurotransmissores em uma fatia são ou globais, abrangendo toda a fatia cerebral — estimulando toda a fatia ao mesmo tempo — ou por meio de uma micropipeta para aplicação pontual de neurotransmissores em diferentes momentos.

O corte cerebral é uma estrutura muito complexa, e quando você aplica neurotransmissores de forma global ou utiliza uma micropipeta, não é possível reproduzir padrões de estimulação in vivo. Já com nossa plataforma, somos capazes de controlar a estimulação em regiões muito específicas do corte cerebral e obter uma estimulação mais semelhante à in vivo. Assim, os sistemas de perfusão atuais são mostrados aqui, onde se acoplam a uma lâmina de vidro padrão.

E estes permitem que o meio seja perfundido por toda a fatia. No entanto, não é possível controlar espacialmente a resolução desse neurotransmissor com o seu dispositivo estimulador. Por isso, desenvolvemos um dispositivo microflic que se acopla a essa câmara de perfusão padrão.

Assim, todos os ensaios padrão de eletrofisiologia podem ser utilizados. E a única característica diferente é que, em vez de um fundo de vidro com lamínula de vidro, este dispositivo consiste em um sistema A-P-D-M-S que possui vários orifícios passantes conectados a canais microfluídicos, os quais se ligam a aberturas na câmara de perfusão superior, permitindo-nos estimular neurotransmissores através desses orifícios, pelos canais, através das vias e dentro do fragmento de tecido cerebral. Utilizamos uma técnica chamada bombeamento passivo para entregar os fluidos.

Portanto, não precisamos de tubos complexos saindo deste dispositivo, porque a eletrofisiologia já é um procedimento muito complexo. E ao simplificar o design do dispositivo e usar 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 é composta pelos canais de roteamento que se conectam aos portos de saída, e a segunda camada consiste nesses furos passantes que ligam esses canais ao poço. Assim, essa fabricação é realizada utilizando etapas padrão de microfabricação U de duas camadas, nas quais há algumas marcas de alinhamento que garantem que esses vias estejam posicionados exatamente no centro desses quatro canais. Esse dispositivo foi projetado para acoplar-se à câmara de perfusão padrão, de modo que todos os mesmos ensaios de eletrofisiologia possam ser utilizados.

Assim, podemos colocar isso no sistema de eletrofisiologia, trazer nosso objetivo até ele, fornecer estimulação local por meio de nossos canais microfluídicos e não complicar desnecessariamente a montagem experimental além do necessário. Ao manter o design do dispositivo o mais simples possível, podemos disseminar esta plataforma de forma muito mais fácil. Atualmente, nossa estrutura possui esses quatro Vs no meio dos canais microfluídicos, mas eles podem ser adaptados conforme as necessidades de diferentes laboratórios, dependendo da região do cérebro que estão estudando.

Assim, uma região poderia estudar o hipocampo e outra poderia estudar a corteza externa. Dessa forma, poderíamos estimular essas regiões dependendo de como projetarmos este dispositivo microfluídico. E como o dispositivo não requer componentes externos para funcionar, tudo o que é necessário é uma micropipeta para pipetar nas aberturas usando a técnica de bombeamento passivo.

Não há equipamento adicional além deste substrato inferior que o laboratório padrão de eletrofisiologia precise adquirir para utilizar este dispositivo. Até este momento do projeto, concentramo-nos em posicionar os canais microfluídicos acoplados às câmaras de perfusão padrão. E agora a próxima etapa do projeto consiste em testar efetivamente este dispositivo em pesquisas com hipóteses específicas, utilizando essas preparações de fatias.

E assim demonstramos que, utilizando corante fluorescente, podemos estimular espacialmente diferentes regiões injetando esses análogos fluorescentes nos canais. E o próximo passo é realizar efetivamente os experimentos biológicos reais. Assim, a área da microfluídica está chegando a um ponto de transição.

Estamos avançando além das demonstrações iniciais de prova de conceito e realmente utilizando esses dispositivos para descobrir coisas novas e empolgantes que antes eram impossíveis de realizar. Assim, a área está evoluindo de técnicas nas quais utilizamos princípios disponíveis na escala microscópica, como difusão rápida, fluxo laminar e altas relações superfície-volume, além da integração de processos. E agora vamos utilizar esses princípios e aplicá-los para resolver necessidades não atendidas no laboratório e na clínica.