This 3D microfluidic printing technology prints arrays of cells onto submerged surfaces. We describe how arrays of cells are delivered microfluidically in 3D flow cells onto submerged surfaces. By printing onto submerged surfaces, cell microarrays were produced that allow for drug screening and cytotoxicity assessment in a multitude of areas.
The printing of cells for microarray applications possesses significant challenges including the problem of maintaining physiologically relevant cell phenotype after printing, poor organization and distribution of desired cells, and the inability to deliver drugs and/or nutrients to targeted areas in the array. Our 3D microfluidic printing technology is uniquely capable of sealing and printing arrays of cells onto submerged surfaces in an automated and multiplexed manner. The design of the microfluidic cell array (MFCA) 3D fluidics enables the printhead tip to be lowered into a liquid-filled well or dish and compressed against a surface to form a seal. The soft silicone tip of the printhead behaves like a gasket and is able to form a reversible seal by applying pressure or backing away. Other cells printing technologies such as pin or ink-jet printers are unable to print in submerged applications. Submerged surface printing is essential to maintain phenotypes of cells and to monitor these cells on a surface without disturbing the material surface characteristics. By printing onto submerged surfaces, cell microarrays are produced that allow for drug screening and cytotoxicity assessment in a multitude of areas including cancer, diabetes, inflammation, infections, and cardiovascular disease.
दवा उद्योग में हाल के अग्रिमों दवा स्क्रीनिंग और cytotoxicological विश्लेषण 1,2,3 के लिए दवा की खोज की प्रक्रिया में सेलुलर प्रोटीन का उपयोग करने में रुचि बढ़ी हुई है. सेल प्रोटीन का उपयोग इन विट्रो उच्च throughput assays और स्क्रीनिंग तरीकों का विकास तेजी से और लागत प्रभावी दवा उम्मीदवारों के विकास के साथ ही अग्रिम सेल 1,4 की बुनियादी समझ में सुविधा होगी. कोशिकाओं के साथ स्क्रीनिंग के लिए परंपरागत दृष्टिकोण पारंपरिक अच्छी तरह से थाली प्लेटफार्मों का उपयोग करता है; हालांकि इस दृष्टिकोण की वजह से उच्च लागत, सीमित throughput, और सेल समारोह 1,5 पर मात्रात्मक जानकारी के लिए सीमित क्षमता तक सीमित है. कारण इन सीमाओं के कारण, सेलुलर माइक्रोएरे प्रौद्योगिकियों में अनुसंधान आणविक जैविक लक्षण, ऊतक इंजीनियरिंग, और दवा स्क्रीनिंग 1,6 के लिए बढ़ती है. सेलुलर प्रोटीन के फायदे छोटे नमूने का उपयोग करें, कम से कम प्रभाव शामिलसेलुलर phenotype विविधता जानकारी मास्किंग, और अधिक उच्च throughput अनुप्रयोगों 1,7,8 के लिए assays स्वचालित करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण बात यह क्षमता.
दवा उद्योग वर्तमान में microtiter अच्छी तरह प्लेटें 9 में दवा स्क्रीनिंग के लिए 2 डी सेल monolayer संस्कृतियों के साथ उच्च throughput सेल आधारित assays स्क्रीनिंग का इस्तेमाल करता. Microtiter प्लेट के कुओं में बहुसंकेतन कोशिकाओं अनूठा प्रयोग विकल्पों के साथ उच्च throughput के लिए क्षमता प्रदान करता है. इसके अलावा, सेलुलर प्रोटीन के लिए मौजूदा प्रौद्योगिकियों कोशिकाओं नाटकीय रूप से इन विवो 10,11 में से कोशिकाओं के phenotype बदल सकता है जो सूखे के लिए अनुमति देते हैं. इन समस्याओं को दूर करने के लिए, MFCA इंजीनियर था और चित्रा 1 में दिखाया गया है. MFCA 3D fluidics के डिजाइन एक स्नान में उतारा और एक मुहर के रूप में एक सतह के खिलाफ संकुचित करने की चित्र 1 में printhead टिप सक्षम बनाता है. printhead के नरम सिलिकॉन टिप एक तरह बर्ताव करती हैगैस्केट और एक प्रतिवर्ती मुहर रूपों. MFCA प्रौद्योगिकी विशिष्ट सेल संस्कृतियों और ऊतक टुकड़ा सिस्टम दोनों के लिए आवश्यक है जो जलमग्न सतहों, के साथ इंटरफेस के लिए अनुकूल है, और सबसे अन्य तरीकों के साथ मुश्किल या असंभव है. पिन या स्याही जेट मुद्रण काम नहीं करेगा, और 2 डी microfluidic उपकरणों बयान या असतत धब्बे की बड़ी arrays के साथ interfacing के लिए उपयुक्त नहीं हैं. इसके अलावा, प्रयोग miniaturizing और स्थानीयकृत द्वारा – सेलुलर माइक्रोएरे – MFCA उच्च throughput सेल आधारित assays स्क्रीनिंग के साथ जुड़े प्रमुख समस्याओं पर काबू.
CFM एक सतह 12,13 पर सूक्ष्म मौके स्थानों पर चक्र छोटी मात्रा में तरल पदार्थ के नमूने लिए 3 डी चैनल नेटवर्क का उपयोग करता है. प्रवाह के साथ मुद्रण द्वारा, biomolecules, कोशिकाओं, और अन्य अभिकर्मकों वर्तमान सेल मुद्रण तकनीक hinders हवा है, जो करने के लिए जोखिम के बिना संवेदनशील biomolecules और कोशिकाओं की छपाई सक्षम करने, मुद्रण प्रक्रिया के दौरान एक तरल वातावरण में रखा जाता है. यह सरणी सतह पर एक पर कब्जा व्यवस्था नहीं है ऐसे हाइब्रिडोमा या प्रदान की supernatants के रूप में कच्चे माल से सीधे मुद्रित करने के लिए भी संभव है. इस पांडुलिपि का उद्देश्य एक सतह पर विस्तार से दो प्रकार की कोशिकाओं के जलमग्न मुद्रण समझाने के लिए है.
यहाँ वर्णित 3D microfluidic मुद्रण प्रौद्योगिकी, अच्छी तरह से भरा एक तरल में कोशिकाओं की microfluidically मुद्रण सरणियों विशिष्ट सक्षम है एक जलमग्न सतह अर्थात्. जलमग्न सतहों पर मुद्रण द्वारा, सेल प्रोटीन कोशिकाओं की ph…
The authors have nothing to disclose.
लेखकों तकनीकी सहायता के लिए क्रिस मोरो स्वीकार करना चाहते हैं. अनुदान NIH एसबीआईआर (R43) द्वारा प्रदान किया गया 1R43GM101859-01 (MPI) GRANT10940803 अनुदान.
Continuous Flow Microspotter | Wasatch Microfluidics | ||
NIH/3T3 cells | ATCC | CRL-1658 | |
Dubbleco's Modified Eagle Medium | Invitrogen | 11965-092 | base media for cells |
HEPES buffer | Invitrogen | 15630-080 | cell media additive (control pH) |
Sodium pyruvate | Invitrogen | 11360-070 | cell media additive |
Penicillin-Streptomycin | Invitrogen | cell media additive | |
Trypan blue | Invitrogen | 15250-061 | stain cell sfor counting |
Haemocytometer | Fisher | 267110 | cell chamber to count cells |
Nikon Eclipse TS100 | Nikon | Used to check on cells | |
Nikon Eclipse TE2000-U | Nikon | Used for collecting images | |
Phosphate Buffered Saline (with calcium and magnesium) | Invitrogen | 14040-133 | rinsing cells before passaging and before staining with PI |
TrypLE Express | Invitrogen | A12177-01 | used to remove cells from surface |