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.
Nya framsteg inom läkemedelsindustrin har lett till ökat intresse för att använda cellulära microarrays i testning av läkemedel för drogscreening och cytotoxicological analys 1,2,3. Utvecklingen av in vitro-high-throughput analyser och screeningmetoder som använder cellarrayer skulle underlätta en snabb och kostnadseffektiv utveckling av läkemedelskandidater samt god grundläggande kunskap om cellen 1,4. Den traditionella metoden för screening med celler använder konventionell väl-plattan plattformar; emellertid denna metod är begränsad på grund av den höga kostnaden, begränsad genomströmning, och begränsad förmåga för kvantitativ information om cellfunktion 1,5. På grund av dessa begränsningar, är forskning i cell-microarrayteknik spirande för molekylärbiologisk karakterisering, vävnadsteknik, och drogscreening 1,6. Fördelarna med cellulära microarrays inkluderar mindre prov används, minimala effekter avcellulär fenotyp heterogenitet maskerings information och viktigast möjligheten att automatisera analyser för mer high-throughput applikationer 1,7,8.
Läkemedelsindustrin använder idag hög genomströmning cellbaserade screeninganalyser med 2D-cell monolagerkulturer för drogscreening i mikrotiterplattor brunnar 9. Multiplexing celler i brunnarna på mikrotiterplattor ger potential för högre genomströmning med unika experiment alternativ. Vidare, med nuvarande teknik för cellulära microarrays tillåta cellerna att torka som dramatiskt kan förändra fenotypen av cellerna från in vivo 10,11. För att övervinna dessa problem, var MFCA engineered och visas i Figur 1. Utformningen av MFCA 3D fluidics möjliggör skrivhuvudet spetsen i fig. 1 för att sänkas ned i ett bad och pressades mot en yta för att bilda en tätning. Den mjuka silikonspetsen hos skrivhuvudet beter sig som enpackning och bildar en reversibel tätning. Den MFCA teknologi är unikt lämpad att samverka med nedsänkta ytor, vilka krävs för både cellkulturer och vävnads slice system och är svårt eller omöjligt med de flesta andra metoder. Stift eller bläckstråletryck kommer inte att fungera, och 2D mikrofluidikanordningar är inte lämpliga för avsättning och gränssnitt med stora matriser av diskreta fläckar. Vidare, genom att miniaturizing och lokalisera experimentet – cellmicroarray – det MFCA vinner de stora problemen med hög genomströmning cellbaserade screeninganalyser.
Den CFM använder 3D-kanal nätverk för att cykel små volymvätskeprover över mikroskopiska punkt platser på en yta 12,13. Genom att skriva ut med flödet är biomolekyler, celler och andra reagens som finns i ett flytande miljö under hela tryckprocessen, som möjliggör tryckning av känsliga biomolekyler och celler utan exponering för luft, vilket hindrar den aktuella cellen trycktekniker. Det är också möjligt att skriva ut direkt från råmaterial såsom hybridom eller supernatanter som det finns en capture mekanism på matrisen ytan. Syftet med detta manuskript är att i detalj förklara den nedsänkta tryckning av två celltyper på en yta.
3D mikroflödestryckteknik som beskrivs här är unikt kan microfluidically utskrift kedjor av celler i en vätska fylld väl, det vill säga en nedsänkt yta. Genom tryckning på nedsänkta ytor, kan cellarrayer ställas att bibehålla fysiologiskt relevanta cellulära fenotypen av celler såväl som förmågan att multiplexa cellerna i botten av en enda väl Figur 4. Resultaten av denna studie visar att microfluidically tryckerier celler resulterar i cellbindning med jämförbar cellmorfologi…
The authors have nothing to disclose.
Författarna vill tacka för Chris Morrow för tekniskt stöd. Finansieringen kom från NIH SBIR (R43) ger 1R43GM101859-01 (MPI) GRANT10940803.
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 |