نقدم جهاز ميكروفلويديك الطرد المركزي التي تعمل بالمحركات التي يمكن ان تزرع الخلايا خزان. باستخدام هذا الجهاز ، يمكن لخزان من أنواع الخلايا المفردة أو المتعددة ان تكون بسهوله الخياطة تحت ظروف الجاذبية العالية.
ثقافة خليه كروي ثلاثية الابعاد يمكن الحصول علي نتائج أكثر فائده في تجارب الخلايا لأنها يمكن ان تحاكي أفضل البيئات المجهرية الخلية من الجسم الحي من ثقافة الخلية ثنائيه الابعاد. في هذه الدراسة ، ونحن ملفقه الكهربائية يحركها المحرك مختبر علي a-CD (القرص المضغوط) منصة ، ودعا الطرد المركزي القائم علي كروي (CMS) نظام الثقافة ، لخلق ثلاثي الابعاد (3D) خليه خزان تنفيذ قوه الطرد المركزي عاليه. هذا الجهاز يمكن ان تختلف سرعات الدوران لتوليد ظروف الجاذبية من 1 × g إلى 521 x g. نظام CMS هو 6 سم في القطر ، لديه 500 μm ميكروويلس ، ويرصد من قبل صب مع polydimethylsiloxane في قالب البولي التي premade جهاز الكمبيوتر الرقمية التحكم. جدار حاجز عند مدخل القناة لنظام CMS يستخدم قوه الطرد المركزي لنشر الخلايا بالتساوي داخل رقاقه. في نهاية القناة ، توجد منطقه منزلقه تسمح للخلايا بدخول الميكروويلس. وكمظاهره ، تولدت خزان بالزراعة الاحاديه وزراعه الخلايا الجذعية المستمدة من الدهون البشرية والورم الليفي بالرئة البشرية تحت ظروف الجاذبية العالية باستخدام النظام. استخدم نظام CMS عمليه بسيطه لإنتاج خزان الزراعة من مختلف الهياكل المتمركزة ، يانوس ، وساندويتش. سيكون نظام CMS مفيدا في البيولوجيا الخلوية ودراسات هندسه الانسجه التي تتطلب خزان والثقافة العضوية لأنواع الخلايا المفردة أو المتعددة.
فمن الأسهل لمحاكاة البيولوجية في البيئات المجهرية المجرية مع ثلاثي الابعاد (3D) ثقافة الخلية كروي من مع ثقافة الخلية ثنائي الابعاد (2D) (علي سبيل المثال ، التقليدية الثقافة الخلية طبق بيتري) لإنتاج التجريبية أكثر واقعيه من الناحية الفسيولوجية النتائج1. وتشمل الأساليب المتاحة حاليا كروي تشكيل الشنق تقنيه قطره2، تقنيه تراكب السائل3، تقنيه الكربوكسيل ميثيل السليلوز4، المغناطيسية المستندة إلى القوه ميكروفلويديك تقنيه5، واستخدام المفاعلات الحيوية6. علي الرغم من ان كل أسلوب له فوائده الخاصة ، والمزيد من التحسن في استنساخ ، والانتاجيه ، وتوليد خزان الزراعة ضروري. علي سبيل المثال ، في حين ان تقنيه ميكروفلويديك المستندة إلى القوه المغناطيسية5 غير مكلفه نسبيا ، يجب النظر بعناية في اثار المجالات المغناطيسية القوية علي الخلايا الحية. وقد تم الإبلاغ عن فوائد الثقافة الكروية ، ولا سيما في دراسة تمايز الخلايا الجذعية وانتشارها في العديد من الدراسات7و8و9.
نظام ميكروفلويديك الطرد المركزي ، والمعروف أيضا باسم مختبر علي a-CD (القرص المضغوط) ، مفيد للسيطرة بسهوله داخل السائل واستغلال دوران الركيزة ، التالي تم استخدامها في التطبيقات الطبية الحيوية مثل الاختبارات المناعية10، الاختبارات اللونية للكشف عن علامات البيوكيميائية11، تضخيم الحمض النووي (PCR) المقايسات ، ونظم تحليل الدم الألى12، والكل في واحد الطرد المركزي الاجهزه ميكروفلويديك13. القوه الدافعة للسيطرة علي السائل هي قوه الجاذبية التي تم إنشاؤها بواسطة التناوب. بالاضافه إلى ذلك ، يمكن القيام بوظائف متعددة للخلط ، والاختلاط ، وتقسيم العينات ببساطه في هذا النظام الأساسي لقرص مضغوط واحد. ومع ذلك ، بالمقارنة مع أساليب التحليل البيوكيميائية المذكورة أعلاه ، كان هناك عدد اقل من التجارب التي تطبق منصات القرص المضغوط علي خلايا الثقافة ، وخاصه خزان14.
في هذه الدراسة ، ونحن نظهر أداء نظام الطرد المركزي القائم علي microfluidic كروي (CMS) من الزراعة الاحاديه أو زراعه الخلايا الجذعية المستمدة من الدهون البشرية (hASC) والورم الليفي الرئوي البشري (مومباسا-5). تصف هذه الورقة بالتفصيل المنهجية البحثية لمجموعتنا15. التالي ، فان الثقافة الكروية علي منصة مختبر علي a-CD يمكن بسهوله استنساخها. ويعرض نظام لتوليد CMS يضم رقاقه ثقافة CMS ، حامل رقاقه ، محرك DC ، جبل المحرك ، ومنصة الدورية. المحرك جبل 3D المطبوعة مع اكريلونيتريل البيوتادين (ABS). حامل رقاقه ومنصة الدورية هي CNC (الكمبيوتر التحكم العددي) تشكيله مع جهاز الكمبيوتر (البولي). يتم التحكم في سرعه دوران المحرك من 200 إلى 4,500 لفه في الدقيقة عن طريق ترميز خوارزميه PID (التناسبية المتكاملة) استنادا إلى تعديل عرض النبض. ابعادها هي 100 مم × 100 مم × 150 ملم ويزن 860 غرام ، مما يجعل من السهل التعامل معها. باستخدام نظام CMS ، يمكن ان تتولد خزان تحت ظروف الجاذبية المختلفة من 1 × ز إلى 521 x ز، التالي فان دراسة تعزيز التمايز الخلية تحت الجاذبية العالية يمكن تمديدها من الخلايا 2d16،17 إلى 3d كروي. الزراعة من أنواع مختلفه من الخلايا هو أيضا التكنولوجيا الرئيسية لمحاكاة بشكل فعال في بيئة الجسم الحيوي18. نظام CMS يمكن بسهوله توليد خزان الزراعة الاحاديه ، فضلا عن خزان الزراعة من أنواع مختلفه من الهيكل (علي سبيل المثال ، المتمركزة ، يانوس ، وساندويتش). ويمكن استخدام نظام CMS ليس فقط في دراسات كروي بسيطه ولكن أيضا في دراسات organoid 3D ، للنظر في هياكل الجهاز البشري.
و CMS هو نظام مغلقه فيها جميع الخلايا المحقونة دخول microwell دون النفايات ، مما يجعلها أكثر كفاءه واقتصادا من الأساليب التقليدية الكروية الجيل الصغرى. في نظام CMS ، يتم استبدال وسائل الاعلام كل 12-24 ساعة من خلال ثقب شفط مصممه لأزاله وسائل الاعلام في رقاقه (الشكل 3A). خلال عمليه شفط و?…
The authors have nothing to disclose.
وقد تم دعم هذا البحث من قبل برنامج البحوث العلمية الاساسيه (2016R1D1A1B03934418) وبرنامج تطوير التكنولوجيا الطبية & البيولوجية (2018M3A9H1023141) من الحكومة الكورية الجنوبية ، والتي تمول من قبل وزاره الدولة ، MSIT.
3D printer | Cubicon | 3DP-210F | |
Adipose-derived mesenchymal stem cells (hASC) | ATCC | PCS-500-011 | |
Antibiotic-Antimycotic | Gibco | 15240-062 | Contained 1% of completed medium and buffer |
CellTracker Green CMFDA | Thermo Fisher Scientific | C2925 | 10 mM |
CellTracker Red CMTPX | Thermo Fisher Scientific | C34552 | 10 mM |
Computer numerical control (CNC) rotary engraver | Roland DGA | EGX-350 | |
DC motor | Nurielectricity Inc. | MB-4385E | |
Dimethylsulfoxide (DMSO) | Sigma Aldrich | D2650 | |
Dulbecco's modified eaggle's medium (DMEM) | ATCC | 30-2002 | |
Dulbecco's phosphate buffered saline (D-PBS) | ATCC | 30-2200 | |
Fetal bovine serum | ATCC | 30-2020 | Contained 10% of completed medium |
human lung fibroblasts (MRC-5) | ATCC | CCL-171 | |
Inventor 2019 | Autodesk | 3D computer-aided design program | |
Petri dish Φ 150 mm | JetBiofill | CAD010150 | Surface Treated |
Plasma cleaner | Harrick Plasma | PDC-32G | |
Pluronic F-127 | Sigma Aldrich | 11/6/9003 | Dilute with phosphate buffered saline to 4% (w/v) solution |
Polycarbonate (PC) | Acrylmall | AC15PC | 200 x 200 x 15 mm |
Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dowcorning | Sylgard 184 | |
Trypsin | Gibco | 12604021 |