Padronização de Células-Tronco Embrionárias Usando o Chip Bio Virar
October 1st, 2007
Demonstramos um método simples para colocar as células em locais desejados sobre um substrato. Este método padrões células lançando um chip de silicone contendo micropoços preenchidos com células na superfície do substrato. Este método oferece uma nova forma de modular a sinalização difusíveis e juxtacrine entre as células.
Eu sou níquel Mital. Sou estudante de pós-graduação no laboratório Bowman. Hoje vou falar sobre o dispositivo desenvolvido por dois ex-alunos em nosso laboratório, que é chamado de bio flip chip.
E este dispositivo permite a entrega de células em um substrato de escolha do experimentador em uma configuração de escolha do experimentador. Portanto, o dispositivo em si, temos um deles aqui, é muito simples. Consiste basicamente em pequenos poços em um pedaço de silicone.
Cada poço geralmente é projetado para conter apenas uma única célula, mas, se necessário, podemos torná-los maiores. A fabricação do dispositivo é feita de forma que os poços estejam no mesmo arranjo em que as células acabarão no substrato. Portanto, o próprio dispositivo é feito usando fotografias de litografia suave.
Em particular, usamos PDMS, que é poli dimetil suboxano, e moldamos isso a partir de um wafer de silício. Temos um deles aqui. Portanto, o próprio wafer do molde é feito usando fotolitografia padrão para padronizar uma fotorresistência SUA, que é girada no wafer de silício.
Então, em poucas palavras, as células são transferidas para o substrato de escolha, basicamente preenchendo os poços no bio flip chip com essas células. Em seguida, aplicamos o chip ao substrato de sua escolha, geralmente uma cultura de tecidos de poliestireno. E, finalmente, invertemos a combinação, permitindo que as células caiam dos poços e caiam no substrato.
Eu sou Stephanie Flavin. Sou um pesquisador de graduação aqui no laboratório Goldman e hoje estarei demonstrando como usar o bio flip chip para padronizar as células no dia anterior. Queremos fazer um experimento de padronização.
Vamos unir o PDMS a plasma a uma lâmina de vidro de uma polegada por uma polegada. E então embebemos o chip durante a noite, bem voltado para baixo e uma solução PBS. Também cortaremos juntas para serem usadas no experimento de padronização e coletaremos clipes de fichário para serem usados também.
Aplique 200 microlitros de BSA na superfície de cada chip. Agite a superfície do chip da ponta da pipeta para sair das bolhas e permitir que a solução BSA encha os poços. Deixe os chips descansarem sob o capô por uma hora em células de passagem de luz ultravioleta normalmente.
Após uma hora, aspire a solução BSA dos cavacos e torça cada cavaco com 200 microlitros de PBS, aplique 200 microlitros de solução de célula de passagem a uma densidade de 10 elevado a seis células por mil. Após cinco a 10 minutos de espera para que as células caiam nos poços, enxágue a superfície do chip com PBS. Incline o chip para um canto em um ângulo de aproximadamente 15 graus e pipete lentamente a solução celular do canto inferior do chip.
Retorne o chip ao nível e adicione lentamente 50 microlitros de PBS ao canto superior. Repita a etapa de lavagem quantas vezes forem necessárias. Depois que os xls forem lavados da superfície do chip, adicione aproximadamente 50 microlitros de mídia à junta interna do prato.
Adicione mídia à parte superior de cada chip. Em seguida, inverta o prato e incline e abaixe sobre a superfície do chip, começando em um canto. E então achatando o chip, achatando o prato no chip para evitar a formação de bolhas entre o prato e o chip.
Adicione clipes de fichário em cada lado do chip para prendê-lo no lugar. E remova as alças de cada clipe de fichário para que, quando o chip for virado, ele fique nivelado no prato, mova o chip para a incubadora e vire rapidamente, evitando e evitando todos os movimentos desnecessários.
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Visão Geral
Este estudo apresenta um novo método para posicionar células em um substrato usando um dispositivo chamado bio flip chip. Ao virar um chip de silicone com micropoços preenchidos com células sobre o substrato, os pesquisadores podem controlar efetivamente a colocação das células, melhorando a modulação da sinalização entre as células.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Biologia celular
- Neurociência
- Bioengenharia
Contexto
- O posicionamento das células é crucial para estudar as interações celulares.
- Os métodos atuais podem carecer de precisão na colocação das células.
- O bio flip chip oferece uma solução simples e eficaz.
- Esta técnica pode influenciar tanto a sinalização difusível quanto a sinalização juxtacrina.
Propósito do Estudo
- Desenvolver um método confiável para a colocação de células em substratos.
- Melhorar a compreensão dos mecanismos de sinalização celular.
- Fornecer uma ferramenta para pesquisadores em vários campos biológicos.
Métodos Utilizados
- Design e fabricação do bio flip chip.
- Preenchimento de micropoços com células.
- Virada do chip sobre o substrato desejado.
- Observação e análise da colocação e sinalização das células.
Principais Resultados
- Colocação bem-sucedida de células em locais-alvo.
- Melhoria na modulação da sinalização celular.
- Demonstração da facilidade de uso do dispositivo.
- Aplicações potenciais em várias configurações experimentais.
Conclusões
- O bio flip chip é uma ferramenta inovadora para a colocação de células.
- Este método pode impactar significativamente os estudos de sinalização celular.
- Pesquisas futuras podem expandir esta técnica para aplicações mais amplas.
Perguntas Frequentes
Executive Industry Relevance
Precise spatial control of cell populations enables mechanistic interrogation of diffusible and juxtacrine signaling pathways critical for target validation in stem cell-based disease models. The Bio Flip Chip provides a substrate-agnostic, chemistry-preserving method to pattern defined cellular microenvironments, supporting reproducible assay development for phenotypic screening. This approach enhances predictive confidence in early discovery by reducing variability in cell-cell contact and paracrine factor exposure, thereby improving translational continuity from in vitro models to preclinical validation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables hypothesis testing of how localized cell density and spatial arrangement influence stem cell differentiation and self-renewal pathways.
- Operational Value: Eliminates stochastic variability from random seeding, ensuring consistent juxtacrine and paracrine signaling inputs across replicates.
- Predictive Value: Supports mechanistic de-risking by isolating the contribution of contact-dependent versus soluble signaling in target engagement studies.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantifiable, spatially defined cell arrays compatible with high-content imaging and multiplexed readouts.
- Operational Value: Enables standardization of cell-cell interaction assays across tissue-culture polystyrene, glass, Matrigel, and feeder layers without altering substrate chemistry.
- Scalability: Compatible with microcontact printing to create extracellular matrix patterns, allowing combinatorial control of adhesion and signaling cues.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Patterns embryonic stem cells in defined niches to model developmental signaling pathways relevant to congenital disorders and regenerative medicine.
- Preclinical Modeling: Facilitates dose-response analysis of morphogens or therapeutics in spatially controlled microenvironments, improving physiological relevance.
- Risk-Adjusted Advancement: Reduces false positives in lead identification by minimizing noise from uncontrolled cell aggregation or variable contact frequency.
Pipeline & Workflow Integration
The Bio Flip Chip integrates into early discovery workflows by enabling reproducible patterning of stem cells prior to compound exposure, supporting hypothesis-driven screening and mechanistic follow-up in lead optimization.
- Discovery Biology: Tests how defined spatial organization of embryonic stem cells modulates lineage specification and pathway activity.
- Screening: Delivers standardized, reproducible cellular substrates for evaluating compound effects on contact-dependent and diffusible signaling.
- Analytics: Enables quantitative spatial mapping of marker expression, proliferation, and apoptosis as dependent variables in patterned co-cultures.
- Translational Research: Models human developmental signaling cascades in spatially controlled systems to inform preclinical target selection.
- Enterprise Reuse: Functions as a modular patterning platform adaptable to multiple cell types, substrates, and extracellular matrix configurations across projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases target validation confidence by reducing biological noise from uncontrolled cell-cell interactions.
- Operational Value: Ensures assay reproducibility through precise, user-defined cell placement independent of seeding technique variability.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision efficiency by enhancing signal-to-noise ratio in phenotypic screens targeting intercellular communication.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of modulators of juxtacrine pathways (e.g., Notch, Wnt) in stem cell-mediated disease areas.
Implementation Considerations
- Requires expertise in soft lithography and PDMS handling for chip fabrication or procurement.
- Depends on access to plasma bonding equipment and UV/ozone treatment for substrate preparation.
- Necessitates standardized cell preparation and washing protocols to ensure efficient well loading and release.
- Adaptation to 3D matrices or microfluidic systems may require optimization of flip timing and surface energy.
- Practical limitation: Well occupancy must be empirically determined for each cell type and size to avoid multi-cell loading in single-cell-designed wells.
