마이크로 소용돌이를 이용한 순차 분자 전달을위한 Electroporator을
Summary
미세 유체 와류를 이용한 일렉트로 플랫폼은 정확하고 독립적 인 투여 량 제어와 동일한 세포 집단에 여러 분자의 순차적 전달을 위해 개발되었다. 시스템의 크기에 기초하여 목표 셀 정제 단계 이전 일렉트로 분자 전달 효율 및 처리 된 세포의 생존 능력을 향상시키는 데 도움.
Abstract
물리적으로 세포에 비 – 투과 외인성 분자 프로브를 도입하기위한 아주 강력한 기술이기 때문에 전기 천공은, 과거 몇 년 동안 증가 주목을 받아왔다. 이 작업은 정밀한 분자 종속 매개 변수 컨트롤과 함께 포유 동물 세포에 여러 분자 전달을 수행 할 수있는 마이크로 유체 일렉트로 플랫폼을보고한다. 균일 한 크기 분포와 세포를 분리하기위한 시스템의 능력은 주어진 전계 강도 당 전기 천공 효율 적은 편차를 허용; 따라서 샘플 생존력을 향상. 또한, 그 공정 시각화 기능 효율 향상을위한 반응계에서 프롬프트 분자 전달 파라미터 조정을 허용 실시간 형광 분자 흡수 과정의 관찰을 허용한다. 보고 된 플랫폼의 광대 한 능력을 보여주기 위해, 서로 다른 크기와 전기 요금과 거대 분자 (예를 들면, 덱스 트란은 3000 및 70000 다의 MW로)했다테스트 된 모든 분자 높은 전달 효율 (> 70 %)로 전이성 유방암 세포로 전달. 개발 플랫폼은 온 – 칩 기술은 일렉트로 유리할 수있다 연구 분야의 확장에 사용 가능성을 증명했다.
Introduction
최근, 세포 분자의 세포 내 전달을 용이하게하는 전기 펄스의 사용은 포유 동물 세포를 조작 매력적인 수단이되었다. 일 또한 일렉트로이라고하는이 과정은, 가역적으로 액세스하는 본래 세포막 투과성 분자를 허용 세포막을 permeabilizes 세포의 세포 적 환경이다. 거의 모든 분자 일렉트로를 이용한 세포의 모든 종류의 막으로 임시 만들어진 기공을 통해 세포질 내로 도입 될 수 있기 때문에, 기술이보고 된 것으로, 더욱 재현성 보편적으로 적용하고, 바이러스 – 매개 화학을 포함하는 다른 방법에 비해보다 효율적 세포 생존은 그대로 유지하면서, 광학 접근법. 2-3이 기술은, 형광 물질을 도입하는 약물 4 5 핵산 6-7을 이용하고있다. 이러한 이점을 감안할 때, 일렉트로는 일반적인 노동으로 채택되었다DNA 형질 atory위한 기술, 생체 내 유전자 치료 8 세포 접종 연구. 성공적인 일렉트로 필요한 전계 강도가 밀접 셀의 직경과 상관하기 때문에 종래의 전기 천공 시스템은 동시에 대형화와 이질 샘플 실용적인 효율 및 생존 가능성을 달성하는 것은 여전히 그러나 어렵다. 더욱이, 이러한 시스템은 다수의 분자 양의 정밀한 제어가 벌크 스토캐스틱 분자 전달 프로세스에 대한 의존도로 인해 전달되는 것을 허용하지 않는다. 9는 이러한 문제를 해결하기 위해, 많은 그룹은, 저급 CORPORATION에서 전압의 이점을 제공하고, 미세 유체 일렉트로 플랫폼 개발 더 형질 감염 효율, 세포 사망의 큰 감소, 및 복합 분자를 제공하는 능력. 10-13 이러한 장점은 그 전극 피치 마이크로 전기 천공 시스템의 작은 풋 프린트에 의해 가능하게되었다길이 극적 성공적인 전달을 위해 필요한 전압을 감소시키는, 서브 밀리미터이다. 더욱이, 이들 마이크로 일렉트로 시스템은 전달 효율을 향상하면서 감소 된 세포 사망을 산출, 생성 된 열을 방출 빠르게 균일 한 전계 분포를 달성 할 수있다. 추가적으로 이러한 마이크로 투명 재료 사용률 프롬프트 파라미터 변경에 대한 전기 천공 과정 시츄 관찰에 있습니다. 2,12을 그러나 정확한 투여 량 제어 및 연구 및 치료 적 응용, 6 신흥 필요한 분자 – 및 세포 – 의존 파라미터 제어를, 14-16는 여전히 해결되지 못한 상태로 남아있다.
이 작업은 순차적으로 표적 세포의 미리 선택된 동일한 집단에 여러 분자를 전달할 수있는 미세 유체 와류를 이용한 전기 천공 시스템을 제공한다. 균일 한 크기 분포를 가진 세포는 이전에보고 된 실리콘을 사용하여 이전에 전기 천공 법 (electroporation)에 격리되어제 '선택적 트래핑 메커니즘. 17-18 균일 한 크기 분포, 적은 편차 일렉트로 효율 및 달성 하였다 주어진 전계 강도 당 강화 가능성을 갖는 바이. 19 또한, 연속 마이크로 와류를 사용하여 포획 세포를 교반을 통해 분자의 균일 한 전달 허용 결과와 일치하여 전체 세포질은, 이전에,이 시스템은 일반적으로 생물학적 인 응용에 이용 분자의 넓은 범위에 적용될 수 있음을 입증하기 위해. 다른 와류 이용한 일렉트로 플랫폼을 사용하여 (20)을보고로 전달 된 분자량 광범위한 고분자 전이성 유방암 세포. 또한, 실시간 프로세스 모니터링의 도움으로,이 작품은 주로 확산 매개. 14 대 전기 매개되고, electrporation 동안 분자 전달의 메커니즘에 관한 오랜 논쟁에 종지부를 찍을 더 많은 증거를 제공 </sup> 다른 전기 천공 시스템과는 달리,이 플랫폼 고유 일렉트로의 정확한 멀티 분자 전달, 고분자 전달 효율, 최소의 세포 사망, 크기 및 전달 분자의 전하의 넓은 범위뿐만 아니라 실시간 시각화 결합 된 장점을 제공한다 과정. 이러한 기능을 감안할 때, 개발 된 일렉트로 시스템은 일렉트로 분자 전달 메커니즘에 대한 깊이있는 이해를 필요로하는 세포 리 프로그래밍 연구, 6,14,21-22 약물 전달 응용 프로그램 10,19 및 애플리케이션을위한 다양한 도구로 실제적인 가능성이있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
처리량 및 다중 분자 전달 효율의 새로운 병렬화 일렉트로 플랫폼, 10 배 향상된 기능을 통해 이전에 개발 된 단일 챔버 시스템이 제공하는 모든 장점에 부가하여 달성되었다. 18 이전 가능한 장점은의 (ⅰ) 전처리 정제를 포함 생존 능력 향상을위한 균일 한 크기 분포, (ⅱ) 정확한 분자량 및 개별 투여 량 조절, 및 (ⅲ) 낮은 동작 전류와 표적 세포. 그들은 분자량, 공액 형광 유형 및 전하의 …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 로우 랜드 주니어 펠로우 프로그램에 의해 지원됩니다. 크리스 스톡스 주문 제작, 컴퓨터를 이용한 압력 제어 설정, 박사 다이앤 Schaak의 개발에 그의 도움을 : 저자는 하버드 로우 랜드 연구소의 과학자들과 직원에게 감사의 말씀을드립니다 생물학적 시료 처리에 대한 그녀의 입력, 윈필드 힐에 대한 전기 설치, 박사 Alavaro 산체스 개발 압력 설정에 필요한 기계 배관 부품 가공에 대한 흐름 cytometer, 스콧 Bevis, 케니 스펜서 돈 로저스에 대한 액세스 권한을 부여합니다. 미세 유체 주인은 하버드 대학 나노 시스템을위한 센터 (CNS)에서 제작 하였다.
Materials
| MDA-MB-231 cancer cell line | American Type Culture Collection (ATCC) | HTB-26 | |
| Leibovitz’s L-15 Medium | Cellgro, Mediatech, Inc. | 10-045-CV | |
| fetal bovine serum (FBS) | Gibco, Life Technologies | 16000-044 | |
| penicillin-streptomycin | Sigma-Aldrich | P4333 | |
| Dulbecco's phosphate buffered saline (DPBS) | Cellgro, Mediatech, Inc. | 21-030 | |
| Trypsin | Gibco, Life Technologies | 25200-056 | |
| Flow Cytometer easyCyte HT | Millipore | 0500-4008 | |
| Oxygen Plasma Cleaner | Technics Micro-RIE | ||
| Dektak 6M surface profiler | Veeco | ||
| KMPR 1050 | Microchem | ||
| SYLGARD 184 SILICONE ELASTOMER KIT | Dow Corning | ||
| Compressed Nitrogen gas | Airgas | NI 300 | |
| High Pressure Regulator | McMaster-Carr | 6162K22 | |
| Downstream regulator | McMaster-Carr | 4000K563 | |
| high-speed 3/2way-8 valve manifold | Festo | ||
| Inline Check Valve | Idex Health and Science | CV3320 | |
| 5/32" OD x 3/32"ID Polyurethan tubes | Pneumadyne | PU-156F-0 | |
| 1/4" OD X 0.17" ID Polyurethan tubes | Pneumadyne | PU-250PB-4 | |
| 1/16" PEEK tubings | Festo | P1533 | |
| 1/32" PEEK tubings | Idex Health and Science | P1569 | |
| PEEK tubing unions | Idex Health and Science | P881 | |
| Pulse Generator | HP | 8110A | |
| Aluiminum Wire | Bob Martin Company | 6061 ALUM | |
| oscilloscope | Agilent | DSO3062A | |
| 50 mL centrifuge tubes | VWR | 21008-178 | |
| 15 mL centrifuge tube | VWR | 21008-216 | |
| T75 culture flask | VWR | 82050-862 | |
| Dextran, Tetramethylrhodamine, 3000 MW, Anionic | Gibco, Life Technologies | D3307 | |
| Dextran, Tetramethylrhodamine, 70,000 MW, Neutral | Gibco, Life Technologies | D1819 | |
| Dextran, Texas Red, 3000 MW, Neutral | Gibco, Life Technologies | D3329 |
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