Протоколы для одного нейрона микрофлюидных выстроив и воды маскировки для в-чипе плазмы паттерна биоматериала покрытий описаны. Тесно взаимосвязаны со-культуры могут быть получены с использованием входов минимальные клеток.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Протоколы для одного нейрона микрофлюидных выстроив и воды маскировки для в-чипе плазмы паттерна биоматериала покрытий описаны. Тесно взаимосвязаны со-культуры могут быть получены с использованием входов минимальные клеток.
Микрофлюидных варианты камеры Campenot привлекли большой интерес от нейронауки сообщества. Эти взаимосвязанные платформы со-культура может быть использован для исследования разнообразных вопросов, охватывающих с развитием и функциональный нейробиологии к инфекции и распространения заболеваний. Тем не менее, традиционные системы требуют значительных сотовой входы (многие тысячи в отсеке), неадекватные для изучения низкие клетки изобилии, такие как первичной дофаминергической черной субстанции, винтовая ганглиев и Drosophilia MELANOGASTER нейронов и непрактично для высокой пропускной экспериментов. Плотные культуры также весьма локально запутанными, с несколько выростов (<10%), соединяющих две культуры. В этой статье прямые микрофлюидных и паттерна протоколы описаны которые решения этих проблем: (я) микрофлюидных один нейрон метод выстроив, и (II) методом вода маскировка для плазмы паттерна биоматериала покрытия для Regiстер нейроны и способствовать вырост между отсеками. Минималистичные нейронов со-культуры были приготовлены с высокого уровня (> 85%) соединения intercompartment и может быть использован для высокой пропускной нейробиологии экспериментов с точностью одной ячейки.
Нервной ткани является весьма сложным; гетерогенная сотовой смесь, которая пространственно приказал в определенных слоев и отсеков и с пластиковой подключения через сотовые контактов и особенно через аксонов и дендритов выростов. Новые методы, необходимые для придания большей экспериментальной свободу, чтобы получить более глубокое понимание и разгадать механизмы центральные к болезни, развития и нормального функционирования. Campenot камера 1,2, а в последнее микроизготовленном варианты 3,4 могут быть использованы для экс виво подготовки сетевых нейронов совместных культурах с возможностью избирательно возмущают различные соматические популяции, а также их нейритов наростов. Эти микрофлюидных устройства например был использован для изучения аксонов дегенерации и регенерации следующие химической 5,6 или лазерного аксотомии 6-8 tauopathy 9, вирусного распространения 10,11 и мРНК локализации в аксонов 4.
ЛОР ">Чтобы расширить сферу из нейробиологов, технологические разработки должны подготовить минималистичные нейронные совместно культур. Это позволяет распутывание нейронной сети для исследования системы с одной клетки и субклеточном точностью. Требование минимального количества клеток открывает возможность для анализа редких типов клеток, в том числе дофаминергических черной субстанции клеток, имеющих отношение к болезни Паркинсона, винтовая ганглиев от уха, периферических нейронах, и стволовые клетки. Помимо этого, сотовые экономика имеет отношение к инициативе 3Rs. Используя эти микрофлюидных платформы, крупномасштабные экраны токсичности или других высокую пропускную способность, данные богатых серии экспериментов, требующих нейроны животных теперь можно считать.
В данной работе протоколы для изготовления и использования микрожидкостных устройств описаны. Микрофлюидных выстроив в сочетании с в месте biomateriСпособ рисунка др. могут быть использованы для регистрации сильно взаимосвязанных нейронных совместных культурах с использованием минимального количества клеток. Микрофлюидных упорядоченный массив основан на подходе дифференциального потока 12-15, в результате чего микроструктурированных ловушки расположены внутри контура текучей (на примере вместе с изображениями SEM на фиг.1). Путь 0 → 1 имеет более низкую жидкостный сопротивление (R 2> R 1) для транспортировки нейронов к линейному массиву микроструктурированном отверстий - впускных отверстий на рост аксонов каналов. Заполняемость в ловушку одной клетки локально препятствует потоку, чтобы отвлечь линии тока для улавливания последующие клетки в соседних ловушек. Полное размещение ловушек в массиве переключает жидкостный коэффициент (R 1> R 2), чтобы отвлечь линии тока в волнообразной траектории (0 → 2) для получения обходного режима работы для удаления избыточных нейронов.

Рисунок 1. Микрофлюидных цепи. А) жидкостный контур дифференциальное сопротивление для одного нейрона выстроив, с фланговые культуры камер, соединенных между собой рост аксонов каналов. B, C) СЭМ изображения двухслойной разобщенным нейрона массива сокультуры с мениска закрепления микростолбиков. При такой конструкции, Trident-образный нейрон захвата структуры были использованы для содействия пучками из нейритов наростов. Рисунок и легенда воспроизведена с разрешения Королевского химического общества (RSC) 12. Кликните здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.
Подготовка micropatterned нейронных сетей на плоских подложек может быть легко достигнуто (для exampl эс из нашей группы, см. Frimat др.. 16 и Хайке и др.. 17). Тем не менее, инкапсуляции биоактивных материалов паттерны в устройствах PDMS и с требованием микронных выравнивания их с микроканалов создает серьезную техническую проблему. В разделе 3.1 протокол для в-чипе, или в месте, подготовка биоматериала моделей представлена. Эти модели можно было регистрировать нейронов во время длительных сроков культуры и продвижения выросты между отсеками. Мениска-пиннинга микроструктуры используют для выравнивания так называемую маску воды с нейрон упорядоченный массив сайты и нейритов каналов. Маска вода защищает молекул адгезии покрытий во плазменной обработки, в то время как открытые поверхности распадаются определить биоматериала шаблон. Кроме того, протоколы предназначены для культуры клеток и для текучей изоляции, необходимой для селективного лечения различных отсеках со-культуры.
ve_content "> Протоколы предназначены для привлечения в удобных принципов мягкой литографии для репликации поли (диметилсилоксанового) (PDMS) микрожидкостных устройств 18. Кроме того, в Ситу биоматериала паттерна проста, эксплуатируя испарения и поверхностные явления напряженности, и только требуя недорогой переносной источник плазмы. Микрожидкостных схема эффективно программы загрузки клеток и отсек конкретные процедуры делает эти операции просто вопрос выдачи материалов в правильное нижнему порту и аспирационных сверху. Таким образом, он предназначен, чтобы дать нейробиологов свобода получать и использовать микрожидкостных устройств в своих собственных лабораториях.Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протоколы предназначены для неврологов, и приведены на рисунке 2. Как таковое, это рекомендовать микротехнологий из СУ-8 мастеров, используемых для PDMS репликации на аутсорсинг в коммерческих или институциональных учреждений. Два слоя маски конструкции находятся в свободном доступе в качестве дополнительной информации (ZIP) на Королевского общества химии сайте 12. Важно отметить, что первый SU-8 слой должен быть изготовлен на глубину 2,5-3,0 мкм, а второй на глубину 25-30 мкм. Это ключевые размеры, необходимые для эффективного нейрона выстроив. 3 микрон предел высоты Также необходимо, чтобы предотвратить нейроны время транспортировки или переноса между двумя отсеками 12.
1. Микрофлюидных репликации устройств в PDMS
2. Ассамблея устройства и межсоединений
3. Биоматериала паттерна и Микрофлюидных Операции
Протоколы деятельности на местах по биоматериала паттерна, нейронов культуры и жидкостных обработок показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Иллюстрированные микрофлюидных протоколы. А) PL и PLL-г-ПЭГ рисунка; добавление клеточной адгезии слоя (например,PL, зеленый), с испарением производству маску выровненный воды B) Атмосферное обработки воздуха в плазме открытой PL.; две выводы антенны используются, с введением плазмы антенны, показанной с розовым звезды. C) PBS (синий) стиральная стремлением используется, чтобы избежать загрязнения области плазмы обращению с PL. D) Доставка PLL-г-PEG (красный ) стремлением к пальто плазменные обработанных областей Е) Сотовый загрузки.; одновременное микрофлюидных выстроив нейронов в обоих фланговых отделений стремлением, F) СМИ (розовый) перфузии с помощью гидростатического приводом поток G) Изолированные струйные процедуры.; периферической лечение тестируемого агента (черный) поставляется с нижней фланговые входе стремлением и H) центральной лечения, поступающей из нижней центральной входе по аспирации. Рисунок и легенда воспроизведена с разрешения Королевского химического общества(РКК) 12. Кликните здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.
Сразу же после плазменной склеивания микрофлюидных каналы PDMS очень гидрофильные (угол контакта ≤ 5 °). Такие поверхности являются подходящими для адгезии и культуры клеточных линий, таких как дифференцированные человека SH-SY5Y нейроноподобных клеток. Для экс естественных культуры первичных нейронов и культуре нейронов клеточных предшественником линий, таких как Лунда человеком Теменной клеточной линии (LUHMES) полиамина покрытием, либо полилизином (PL) или полиорнитином (PO), требуется в качестве электростатического якоря. Кроме того адгезии белки, такие как ламинин или фибронектин часто требуется, как интегрин-сопряжения покрытия. Тем не менее, PL и PO покрытия легко связать нейронов, препятствуя микрофлюидных доставку к местам массива, а также навязывания нежелательных напряжений сдвига. Для решения этой проблемы в чипе биоматериаластруктурирование требуется локализовать адгезионные материалы на ловушки сайтов и разрастание микроканалов. Это также способствует развитию между отделениями связи и снижает местный запутанности. Протокол также включает добавление ПЭГ материалов на соседних областей, чтобы обеспечить белки и нейроны ограничивается желаемых местах в течение длительного культуры. Следующий протокол описан в рисунке 3:

Рисунок 3. Вода маскировки для биоматериала паттерна с помощью плазменного трафарету. А) Иллюстрация процесса вода маскирующего с PDMS микростолбиков закрепления водных мениск на месте в течение плазмы трафарету. Кривизна мениска в вертикальной плоскости был пренебречь. B) Маска воды визуализировали с красным красителем и позиционируется мениска рнечего. C) узорной PL-FITC покрытие отображаемого после плазменной трафарету. D) Добавление белка отвергая и сотовый отталкивает PLL-г-ПЭГ-TRITC к плазменному узором PL-FITC покрытия. Это было использовано для регистрации SH-SY5Y клеток, а также для формирования паттерна дополнительный слой фибронектина для LUHMES клеток. Рисунок и легенда воспроизведена с разрешения Королевского химического общества (RSC) 12. Кликните здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Вода маскирующие подвиги поверхностного натяжения. Допуск давление на границе раздела воздух-жидкость изменяется обратно пропорционально с радиусом кривизны [
, Создании высокостабильных интерфейсы на микрофлюидных размеров. В микростолбиков эффективно закрепить маску воды на месте. Формирование маска Вода движет испарения от микрофлюидных портов, со скоростью увеличился на отопление. Использование тепла от малом увеличении (4X - 10X) м...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Микрожидкостных техника выстроив является первым в своем роде, который позволяет точности одного обращения нейронов для установления минималистичные культур. В сочетании с месте биоматериала методом структуризации в, мощный подход к выравнивания моделей сотовых с микрофлюидных структур, эти минималистичные культуры имеют уровни подключения высокого intercompartment с уменьшенной локальной запутанности. Эти особенности могут быть использованы для эффективного изучения между отсека передачи, и с простой ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют, что они не имеют конкурирующие финансовые интересы.
Авторы благодарны Ульрих Маргграф (МСА) для СУ-8 изготовление и Мария Беккер (МСА) для работы с изображениями SEM. Исследование было при финансовой поддержке Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG WE3737/3-1), в Bundesministerium für Bildung унд Forschung гранта (BMBF 0101-31P6541) и по Ministerium für Innovation, Wissenschaft унд Forschung де Ланды Северный Рейн-Вестфалия. Хайке Hardelauf благодарит Международный Лейбниц Высшая школа "Системная биология Лаборатории-на-чипе" за финансовую поддержку.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| PDMS Sylgard 184 | Dow Corning | ||
| PDMS Elastosil RT 601 | Wacker | ||
| Coverslips | VWR | 630-1590 | толщина 130-160 мм |
| 3 мм биопсийные проколы | Kai Medical | Handle с осторожностью - чрезвычайно острые | |
| трубки Tygon | Fisher Scientific | S-50-HL | 1,65 мм ID; 3,35 мм OD |
| 1 мл шприц ( Inkjekt и Omnifix) | Braun | 6064204 | |
| 4-ходовой соединитель трубки | VWR или регулятор потока Fisher Scientific | ||
| Apparatus | Harvard Apparatus | 722645 | |
| штифты 0,5 мм | Отделы | ||
| PLL-g-PEG | SuSoS | PLL(20)-g[3.5]-PEG(5)Стабильность | при хранении может быть проблемой |
| поли-D-лизина | Sigma-Aldrich | P6407 | |
| Полилизин-FITC | Sigma-Aldrich | P3069 | |
| Полиорнитин | Sigma-Aldrich | P4957 | |
| Фибронектин | Sigma-Aldrich | F2006 | |
| Ламинин | Sigma-Aldrich | L2020 | |
| PBS | Sigma-Aldrich | P4417 | |
| Инвертированный флуоресцентный микроскоп | |||
| Пример аспирационного насоса | KNF Neuberger, Laboport | N811KVP | |
| Ручное устройство для коронного разряда | Leybold-Heraeus, США | VP23 | Может не соответствовать стандартам безопасности вашей страны |
| Фемтоплазменная печь | Diener Электронный | ||
| вакуумный дессикатор или центрифуга |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.