Инновационный метод изготовления микрофлюидных устройств с использованием полиэтилентерефталата (ПЭТ) значительно снижает стоимость и сложность захвата и визуализации нескольких живых эмбрионов рыбок данио.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Инновационный метод изготовления микрофлюидных устройств с использованием полиэтилентерефталата (ПЭТ) значительно снижает стоимость и сложность захвата и визуализации нескольких живых эмбрионов рыбок данио.
Эмбрионы рыбок данио прозрачны и, таким образом, уникально подходят для неинвазивной прижизненной визуализации фундаментальных процессов, таких как заживление ран и миграция иммунных клеток. Микрофлюидные устройства используются для захвата для поддержки долгосрочной визуализации многоклеточных организмов, включая рыбок данио. Тем не менее, изготовление этих устройств с использованием мягкой литографии требует специализированного оборудования и компетенций в области 3D-печати, которые могут быть доступны не каждой лаборатории. Наша адаптация ранее разработанного недорогого метода ламинирования полиэтилентерефталата для создания микрофлюидных устройств повышает доступность, позволяя проектировать, изготавливать и итерировать за небольшую часть технических инвестиций по сравнению с традиционными методами. Мы используем устройство, изготовленное с помощью этого метода, Rotational Assistant for Danio Imaging of Subsequent Healing (RADISH), для медикаментозного лечения, мануального ранения и долгосрочной визуализации до четырех эмбрионов в одном поле зрения. С помощью этой новой конструкции мы успешно фиксируем общие морфологические характеристики кальциевого сигнала вокруг лазерной абляции и ручного рассечения ран для множественных эмбрионов в течение 2 часов сразу после травмы, а также рекрутирование нейтрофилов к краю раны в течение 24 часов.
Способность адекватно реагировать на травмы имеет решающее значение для выживания каждого организма в любом масштабе, от одной клетки до нескольких тканей. Таким образом, ранение и связанные с ним реакции, такие как рекрутирование фагоцитов вповрежденные участки1, являются важными темами в клеточной и тканевой биологии. Раны ощущаются сразу после прорыва тканевого барьера, вызывая тканевый градиентный ответ, включающий сокращение раны 2,3, который координирует заживление раны и последующий повторный рост4. Из-за механической природы этого сокращения, инструменты, используемые во время эксперимента, не должны физически препятствовать движению клеток вблизи места повреждения.
Эмбрионы рыбок данио являются отличной моделью для изучения развития и заболеваний, включая реакцию на раны позвоночных, благодаря их простоте в уходе, генетической податливости и оптической прозрачности 5,6. Тем не менее, иммобилизация всего организма в течение длительного периода времени необходима для изучения долгосрочного поведения клеток вблизи места повреждения. Встраивание эмбрионов в низкоплавкую агарозу достаточно для кратковременной визуализации неповрежденной ткани. Тем не менее, окружающая гелевая матрица ограничивает сокращение и расслабление ран и препятствует росту развивающихся эмбрионов с течением времени 7,8,9.
Микрофлюидные устройства могут иммобилизовать эмбрионы рыбок данио на разных стадиях развития 10,11,12,13,14,15,16, а некоторые, такие как zWEDGI 7, позволяют наносить ручные ранения. Тем не менее, у доступных конструкций устройств есть несколько недостатков. Например, многие устройства, напечатанные непосредственно на пластике, несовместимы с визуализацией на инвертированных микроскопах из-за плохой оптической прозрачности. Кроме того, параллельные каналы позволяют получать многопозиционную визуализацию10,11, но физическое перемещение предметного столика микроскопа приводит к задержке в получении изображения. Повторные итерации и оптимизация для решения этих проблем затруднительны, если учесть финансовые и технические инвестиции, необходимые для каждого нового проекта, особенно для современных методов изготовления устройств золотого стандарта с использованием мягкой литографии на основе полидиметилсилоксана (PDMS). Самый первый шаг, создание мастер-формы, часто требует знания программного обеспечения для 3D-моделирования, доступа к специализированному производственному оборудованию и (в зависимости от используемого материала) дополнительной антиадгезионной обработки, такой как силанизация, прежде чем форма будет использована. Отверждение PDMS после заливки занимает не менее одного часа при высоких температурах, и, как правило, для достижения наилучших результатов должно проводиться в вакууме или с помощью зажима, часто в чистом помещении 7,17,18. Как и в биологии развития, эти затраты могут быстро оказаться непомерно высокими для экспериментов, требующих множества уникальных микрофлюидных сред на нескольких моделях.
Из доступных альтернативных строительных материалов полиэтилентерефталат (ПЭТ) долговечен, нетоксичен и прост в обращении. ПЭТ-листы – это широко доступные пластиковые пакеты для ламинирования, которые можно приобрести в большинстве магазинов канцелярских товаров, с предварительно нанесенным термоактивированным клеем (как правило, этиленвинилацетатом). Формируя эти листы из ПЭТ с помощью коммерчески доступных резаков (т.е. плоттеров с компьютерным управлением, предназначенных для домашних мастеров) и приклеивая слои друг к другу с помощью стандартного оборудования для термического ламинирования, можно быстро создавать и повторять широкий спектр потенциальных дизайнов. Поэтому мы адаптировали ранее описанный метод проектирования и конструирования с использованием уложенного PET18 для создания Rotational Assistant для Danio Imaging of Subsequent Healing (RADISH) (рис. 1A, B). Вращательное расположение нескольких приблизительно клиновидных ограничивающих каналов оптимизирует близость, обеспечивая при этом пространство для ручного пересечения хвостового плавника, обеспечивая визуализацию сразу после ранения и одновременную долгосрочную визуализацию нескольких раненых эмбрионов данио-рерио в одном поле зрения. Кроме того, этот метод строительства значительно снижает первоначальные капитальные затраты и время, необходимое для создания устройства, сохраняя при этом возможность повторного использования.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этом исследовании использовались эмбрионы через 3 дня после оплодотворения (dpf), но оно может быть разработано для использования 2-14 эмбрионов dpf. Эксперимент с рыбками данио проводился по международно признанным стандартам. Протокол по уходу за животными и их использованию был одобрен Комитетом по уходу за животными и их использованию (PACUC) в соответствии с Руководством по использованию рыбок данио в Программе внутренних исследований NIH (номер протокола: 1401001018).
1. Сборка устройства для микрофлюидики ПЭТ
ПРИМЕЧАНИЕ: Любая часть данного протокола может быть приостановлена в любое время, за исключением этапов 1.8 и 1.9, которые чувствительны к времени высыхания цианоакрилата.
2. Позиционирование эмбрионов в редисе и подготовка к визуализации
3. Визуализация кальциевых переходных процессов после ранения
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот раздел и раздел 4 являются необязательными и предоставляются в качестве потенциальных образцовых экспериментов.
4. Визуализация рекрутирования нейтрофилов после ранения
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Для сравнения качества изображения, полученного с помощью лазерного сканирующего конфокального с помощью РЕДИС и без него, эмбрионы, экспрессирующие интенсиометрический кальциевый биосенсор GCaMP6f22,24 в наружном эпителиальном слое, окрашивали с помощью MemGlow 560 и визуализировали с помощью инвертированного лазерного сканирующего конфокального покрытия, охватывающего всю толщину складки хвостового плавника с интервалом 1 мин на кадр (видео 2)....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Основная предпосылка метода ламинирования ПЭТ заключается в снижении затрат и минимизации технических барьеров для входа по сравнению с традиционными способами создания микрофлюидных устройств, такими как мягкая литография или формование PDMS. Таким образом, единственными критическими шагами в этом протоколе являются точное выравнивание слоев ПЭТ во время ламинирования и гидроизоляция краев устройства после сборки. Все остальные части метода могут быть модифицированы в соответствии с экс...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликта интересов, который можно было бы раскрыть.
Работа была поддержана финансированием исследований от Национальных институтов здравоохранения (R35GM119787 до QD). Эта работа основана на усилиях, поддержанных Институтом EMBRIO, контрактом NSF #2120200, Институтом интеграции биологии Национального научного фонда (NSF). Конфокальная визуализация была выполнена в Центре визуализации Пердью. Мы благодарим доктора Гуанцзюнь Чжана (Университет Пердью) за предоставление линии Tg(UAS:GCaMP6f). Мы благодарим доктора Дэвида Тобина (Университет Дьюка) за предоставление линии (cdh1-tdtomato)xt18.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Круглое покровное стекло диаметром 25 мм #1 толщина | Chemglass Life Sciences | CLS-1760-025 | Материал крепления основания. Толщина была выбрана исходя из технических характеристик объектива микроскопа. |
| Adobe Illustrator v28.5 | Adobe | N/A | Векторный редактор для создания шаблона устройства. |
| Дигидрат хлорида кальция | Fisher | C79 | Для изготовления среды E3. |
| Design PNG Files (онлайн-зеркало) | N/A | N/A | BR/> https://i.ibb.co/FDpQYXc/multipositionalv7-2.png https://i.ibb.co/5TG4SB6/multipositionalv7-3.png |
| Design Space for Desktop v8.39 | Cricut | N/A | Проприетарное программное обеспечение для управления крафтовым резчиком. |
| Fusion Plus 7000L | GBC | 1703098 | Термоламинатор. Эта конкретная модель была выбрана из-за характеристик качества жизни, таких как максимальный размер стопки листов. |
| Немецкое твердосплавное лезвие премиум-класса | Cricut | 10396595 | Сменное лезвие для резака. |
| Серый базовый набор инструментов | Cricut | 10307854 | набор инструментов для прополки порезов, чистки ковриков и монтажа листов ПЭТ. Необязательно. |
| Хлорид магния гексагидрат | Acros Organic | 223211000 | Для получения среды E3. |
| Maker 3 | Cricut | 10669040 | Крафтовый резак. Cricut Maker 3 был выбран вместо Silhouette Cameo 4 из-за удобства использования программного обеспечения, но подойдет любой крафтовый резак, способный читать черно-белые изображения. |
| MemGlow 560 | Цитоскелет | MG02-10 | Красный живой клеточный краситель для клеточных мембран. Стирка не требуется. Используется на рисунке 3. |
| No 22 Лезвие карбонового скальпеля | Surgical Design | 22-079-697 | Лезвие скальпеля для ручной регулировки разреза. Подойдет и любой подобный крафтовый нож (например, нож X-acto #2). |
| Хлорид калия | Fisher | BP366 | Для изготовления среды E3. |
| Хлорид натрия | Fisher | BP358 | Для изготовления среды Е3. |
| StandardGrip Коврик для резки клея | Cricut | 10138842 | Монтажный коврик для резака. Коврик для резки LightGrip также подойдет, но избегайте ковриков для резки StrongGrip и FabricGrip, так как прочность клея может деформировать окончательный срез во время прополки и удаления. Клей на ковриках со временем изнашивается при длительном использовании; При необходимости замените коврики. |
| Канцелярская лента 12 мм | Deli | 30014 | Офисная лента. Бренд Deli был выбран в результате тестирования на легкость удаления после ламинирования. |
| Суперклей, жидкий | Loctite | 1364076 | Цианоакрилатный клей. <Прочный>Используемый клей должен быть жидким. Гелевые составы не будут достаточно герметизировать или водонепроницаемые края устройства. |
| Пакеты для термоламинирования ПЭТ, | скотча | TP3854 | ПЭТ толщиной 3 мил с термоклеем. Листы поставляются в виде сэндвич-пар и должны быть разделены перед использованием. Режьте клейкой стороной вниз. |
| Пакеты для термоламинирования ПЭТ, | скотча | TP5854 | ПЭТ 5 мил с термоклеем. Листы поставляются в виде сэндвич-пар и должны быть разделены перед использованием. Режьте клейкой стороной вниз. |
| Трикаин (MS-222) | Синдель | IC10310680 | Рыбий анестетик. |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.