Burada, açıklar gerilebilir, Çift Kanal imalatı, organ çip mikrosıvısal hücre kültür cihazlar organ düzeyi işlevlerine içinde in vitrorecapitulating için bir iletişim kuralı mevcut.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Ölçeklenebilir gerilebilir, Çift kanal, mikrosıvısal Organ cips imalatı
* These authors contributed equally
Bu makalede
Düzeltme bildirimi
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Özet
Özet
Hayvan çalışmaları insan hastalarda klinik yanıt tahmin etmek sık sık başarısız olmaları nedeniyle çok sayıda kurşun bileşikleri ilaç boru hattı başarısız. Etkinlik, toksisite ve farmakokinetik (PK) profilleri insanlarda değerlendirmek için bir deneysel vitro platformu sağlayan insan Organ-on-a-Chip (Organ Chip) mikrosıvısal hücre kültür aygıtları,-ebilmek var olmak daha iyi tedavi edici etkinliği belirleyicileri ve Emanet için hayvan çalışmaları karşılaştırıldığında Kliniği. Bu cihazların hemen hemen herhangi bir organ türü işlevini model oluşturmak için kullanılan ve fluidically gerek kalmadan organ ve tüm vücut düzeyi insan fizyolojisi üzerinde vitro çalışmalar gerçekleştirmek için ortak endotel kaplı mikro aracılığıyla bağlanabilir insanlar üzerinde deneyler. Bu Organ fişleri geçirgen bir elastomerik membran organ özgü parenkima hücreleri bir tarafta ve hangi cyclically sağlamak için gergin olabilir diğer mikrovasküler endotel ile ayrılmış iki periosteum mikrosıvısal kanal oluşur organ özgü mekanik yardımlar (hareketleri akciğer nefesmesela ). Bu iletişim kuralı esnek, Çift Kanal imalatı detayları, Organ cips 3D kullanarak bölümlerinin döküm yoluyla kalıpları, birden fazla döküm kombinasyonu etkinleştirme ve adımları post-processing basılmış. Gözenekli poli (dimetil siloxane) (PDMS) membranlar boyutlu mikrometre ile döküm delik aracılığıyla silikon ayağı dizileri altında sıkıştırma kullanarak. İmalat ve montaj Organ fiş ekipman ve geleneksel bir temiz oda dışında uygulanabilir adımları içerir. Bu iletişim kuralı araştırmacılar vitro organ ve vücut düzey çalışmalar ilaç bulma, güvenlik ve etkinliğini test yanı sıra temel biyolojik süreçlerin mekanik çalışmaları için Organ çip teknolojisine erişim sağlar.
Giriş
Burada, Çift kanallı, imalatı bozukluklarına Organ-on-a-Chip (Organ Chip) mikrosıvısal kültür aygıtları kullanarak bir ölçeklenebilir protokol mükellef üniteleri ve geleneksel yumuşak litografi araçlarına erişim eksik araştırma grupları tarafından kullanılacak açıklayın. Bu cihazlar insan organ-düzey işlevleri anlayış normal ve hastalık Fizyoloji yanı sıra uyuşturucu yanıt vitro1,2için özetlemek için geliştirilmiştir. Kritik Mühendislik için bu işlevselliği yarı geçirgen bir zar (Şekil 1) tarafından ayrılmış iki periosteum mikrosıvısal kanallar vardır. Bu tasarım rekreasyon dokular, g....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
1. genel hazırlık
- Enkaz önlemek için çalışma alanı ambalaj bant kullanarak temiz ve temiz oda silin ve izopropil alkol alan aşağı silin.
- PDMS gerektiren tüm adımları için PDMS 10:1 oranında (10 Ajan, elastomer temel 100 g bağlama çapraz g) karıştırın. El ile veya piyasada bulunan bir mikser ile karıştırın. Burada bir gezegen santrifüj karıştırıcısını kullanır: 2000 rpm az 2 dakika boyunca karıştırma, sonra PDMS 2200 devirde 2 dakika gaz giderme.
- Darbe enkaz kullanmak için önceden dışarı için hava tabancası ile temiz tüm kalıpları.
Uyarı: Metal forseps kalıpları yüzeyine zarar verir gibi enkaz kaldırmak için kullanın.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
Burada sunulan Protokolü PDMS Organ cips ölçeklenebilir imalatı açıklar. Bu cihazlar bir elastik geçirgen membran (Şekil 1) üzerinde iki ayrı derin doku türlerinin kültür sağlar. PDMS kanalları kullanarak 3D yazdırılan kalıpları, hangi yeni tasarımları (Şekil 2A ve 2B) prototip hızlandırır artığını. En iyi Kanal sıkıştırma alt kanal bileşenleri tepsilerde döküm ve (Şekil 2B) yedeklem.......
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
İmalat işleminin yüksek çözünürlükte 3D yazdırılan kalıpları için PDMS üst ve alt Organ çip karoserisi micromolded gözenekli PDMS Membranlar ile birleştiğinde desen kullanır. Bu kritik yaklaşım kurmak ölçeklendirilen imalat ve takım değiştirme içine hızlı geçiş ile birlikte prototipleme kolaylığı nedeniyle seçildi. Üst bileşen kalıp döküm adımı sırasında tanımlanmış dikey profilleri ile hassas yerlerde desen noktalarına tasarlanmıştır. Bu sadece emek erişim bağlantı noktalarının el ile delme dahil önler ancak da enkaz sa.......
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
D.E.I. bir kurucusu ve eşitlik taklit, Inc, tutar ve onun bilimsel Danışma Kurulu Başkanı. J.P. olduğunu şu anda taklit, Inc. adında, Y.C., J.P., çalışanı ve D.E.I. mucitler lisanslı taklit, Inc için fikri mülkiyet üzerinde
Teşekkürler
M. Rousseau ve S. Kroll ilk fabrikasyon Protokolü gelişimine katkıları için fotoğraf ve videografisi ve M. Ingram, J. Nguyen, ö. Shea ve N. Wen ile yardım için teşekkür. Bu araştırma için biyolojik ilham mühendislik Harvard Üniversitesi ve Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı işbirliği anlaşmaları #W911NF-12-2-0036 ve #W911NF-16-C-0050 altında Wyss Enstitüsü tarafından sponsor oldu ve FDA verin # HHSF223201310079C, hibe NIH #R01-EB020004 ve #UG3-HL141797-01 ve Bill ve Melinda Gates Vakfı DEI için verir #OPP1163237 ve #OPP1173198. Sayısı ve sonuçlar bu belgede yer alan yazarlar ve resmi ilkelerine, ifade veya ima, Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı, gıda ve İ....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Kişisel Koruyucu Donanım | |||
| Hairnet | VWR | 89107-770 | |
| Tyvek laboratuvar önlüğü | VWR | 13450-506 | |
| Uzatılmış manşet eldivenler | VWR | 89521-898 | |
| Equipment | |||
| Kesme matı | VWR | 102096-430 | |
| Fayans kesici | McMaster-Carr | 26765A31 | |
| Yerinde kalıp (MIP) üst kalıplar | Protolabs, Inc. | Prototherm 12120 | |
| Yerinde Kalıp (MIP) alt kalıplarında özel olarak basılmıştır | Protolabs, Inc. | Prototherm 12121'de özel olarak basılmış | |
| Ördek gagası kavisli forseps | VWR | 63041-864 | |
| Keskin uçlu forseps | Elektron Mikroskobu Bilimleri | 72700-D | |
| Metal spatula | VWR | ve nbsp; 82027-528 | |
| Derin reaktif iyon aşındırma (DRIE) sütun dizisi gofretleri | Sensera, Inc. | görenek | Gofret başına dört adet 50 x 50 mm sütun dizisi; sütunlar 7 um genişliğinde, 50 um yüksekliğinde, altıgen aralıklarla 40 um aralıklı |
| Dokulu polikarbonat .01" kalınlığında | McMaster-Carr | 85585K33 | 45 mm kare |
| PDMS bloklarına (40 x 40 x 5 mm) | kesilmiş n/a | özel | |
| Laminer akış başlığı | Germfree | BVBI | döküm şirket içi |
| Hava tabancası | |||
| 60 derece; C seviyesi fırın | |||
| Vakumlu kurutucu | |||
| 0,1 g'a kadar | kütle dengesi | ||
| Plazma makinesi | Diener | Nano | oksijen plazma kapasitesi kritiktir |
| Sarf malzemeleri | |||
| Sylgard 184 poli (dimetilsiloksan) (PDMS) baz/kürleme maddesi kiti | Ellsworth Yapıştırıcılar ve nbsp; | ||
| Karıştırma kabı | Düşük etilbenzen seviyeleri nedeniyle prepolimeri tutarken yeterli havalandırma sağlayın | ||
| 1 mL şırınga | VWR | 10099-395 | |
| Temiz oda mendilleri | VWR | TWTX1080 | |
| 25 x 75 mm cam mikroskop slaytları | VWR | 48311-703 | |
| Koli bandı | VWR | 500043-724 | |
| Bant | VWR | 500026-873 | |
| Kalıp kesim Poliüretan (PU) şeritler | Atlantic Gasket, Inc. | Özel: AGWI2X3 | 1/8 inç kalın; 60 Durometre Siyah Poliüretan; 2 inç x 3 inç |
| Polikarbonat film .005 "kalınlığında | McMaster-Carr | 85585K102 | |
| 100 x 100 x 15 mm kare ızgaralı petri kapları | VWR | 60872-480 | |
| Alüminyum folyo | |||
| Opsiyonel Donanım | |||
| Thinky PDMS Mikser | Thinky | ARE-310 | |
| Kalıp yerinde (MIP) aparatı | şirket | vidalı kelepçe sıkıştırma aparatı | |
| Otomatik membran imalatçısı (AMF) | şirket | pnömatik sıkıştırma piston dizisi |
Kaynaklar
- Bhatia, S. N., Ingber, D. E. Microfluidic organs-on-chips. Nature Biotechnology. 32 (8), 760-772 (2014).
- Benam, K. H., et al. Engineered In vitro Disease Models. Annual Review of Pathology Mechanisms of Disease. 10 (1), 195-262 (2015).
- Huh, D., et al.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
Düzeltme
Formal Correction: Erratum: Scalable Fabrication of Stretchable, Dual Channel, Microfluidic Organ Chips
Posted by JoVE Editors on 5/08/2019. Citeable Link.
An erratum was issued for: Scalable Fabrication of Stretchable, Dual Channel, Microfluidic Organ Chips. The Representative Results, Discussion, and References sections have been updated.
In the Representative Results section, the legend for Figure 5 has been updated from:
Figure 5: Permeability of inert tracer Cascade Blue through the microporous PDMS membrane. Cascade Blue hydrazide dye in medium was loaded into the top channel of the Organ Chip and perfused at 60 µL/h to measure the flux of the dye across the membrane into the bottom channel containing medium. Empty chips were compared to Gut Chips with Caco2-BBe1 cells in the apical channel and human vascular endothelial cells (HUVEC) in the basal channel cultured for 6 days. Error bars indicate standard error of the mean.
to:
Figure 5: Permeability of inert tracer Cascade Blue through the microporous PDMS membrane. Cascade Blue hydrazide dye in medium was loaded into the top channel of the Organ Chip and perfused at 60 µl/h to measure the flux of the dye across the membrane into the bottom channel containing medium. Empty chips were compared to Gut Chips with Caco2-BBe1 cells in the apical channel and human vascular endothelial cells (HUVEC) in the basal channel cultured for 6 days. The apparent permeability (Papp, cm/s) of the microporous PDMS membrane was determined using the dye concentration in the outlet channels. The gut chip cell layers provide a significantly increased barrier to permeability. Error bars indicate standard error of the mean.
In the Discussion section, the fourth paragraph has been updated from:
Troubleshooting the resulting Organ Chips takes place at two levels: during the fabrication process and during Organ Chip culture. We have developed a visual method for quality assurance (QA) of through-hole formation in the cast membranes that greatly accelerates the production process while improving the quality and reliability of assembled Organ Chips. This QA method allows for process troubleshooting, and we recommend keeping a record of process conditions to enable tracking fabrication problems that may occur during cell culture. During Organ Chip culture, inert tracer dyes are the simplest method of measuring barrier function to troubleshoot the fabrication process and cell culture steps. Lucifer Yellow has been used historically due to its small molecular mass and innate fluorescence, but Cascade Blue offers similar properties with a narrower emission spectrum that is less likely to interfere with downstream assays. Larger molecules, such as poly-ethyleneglycol (PEG)- or dextran-conjugated fluorophores are larger and consequently result in lower permeability overall and lower sensitivity. The apparent permeability (Papp, cm/s) of tracer dyes can be used to determine barrier function properties of organs or tissues (Figure 4). The following equation can be used to calculate Papp between the dosing channel and receiving channel and is derived from equations used primarily for Transwell studies19,20 and corrects for tracer dye loss caused by absorption into PDMS by comparing the two output flows and not relying on mass balance assumptions at the outflow.
to:
Troubleshooting the resulting Organ Chips takes place at two levels: during the fabrication process and during Organ Chip culture. We have developed a visual method for quality assurance (QA) of through-hole formation in the cast membranes that greatly accelerates the production process while improving the quality and reliability of assembled Organ Chips. This QA method allows for process troubleshooting, and we recommend keeping a record of process conditions to enable tracking fabrication problems that may occur during cell culture. During Organ Chip culture, inert tracer dyes are the simplest method of measuring barrier function to troubleshoot the fabrication process and cell culture steps. Lucifer Yellow has been used historically due to its small molecular mass and innate fluorescence, but Cascade Blue offers similar properties with a narrower emission spectrum that is less likely to interfere with downstream assays. Larger molecules, such as poly-ethyleneglycol (PEG)- or dextran-conjugated fluorophores are larger and consequently result in lower permeability overall and lower sensitivity. The apparent permeability (Papp, cm/s) of tracer dyes can be used to determine barrier function properties of organs or tissues (Figure 5). The following equation derived by Tran, et al.19 can be used to calculate Papp between the dosing channel and receiving channel, which partially corrects for tracer dye loss caused by absorption into PDMS by averaging the two output flows and not relying on mass balance assumptions at the outflow.
The References section has been updated from:
- Blaser, D.W. Determination of drug absorption parameters in Caco-2 cell monolayers with a mathematical model encompassing passive diffusion, carrier-mediated efflux, non-specific binding and phase II metabolism. at <http://edoc.unibas.ch/655/1/DissB_7998.pdf> (2007).
- Hubatsch, I., Ragnarsson, E.G.E., Artursson, P. Determination of drug permeability and prediction of drug absorption in Caco-2 monolayers. Nature Protocols. 2 (9), 2111-2119 (2007).
- Henry, O.Y.F. et al. Organs-on-chips with integrated electrodes for trans-epithelial electrical resistance (TEER) measurements of human epithelial barrier function. Lab on a Chip. 17 (13), 2264-2271 (2017).
- Maoz, B.M. et al. Organs-on-Chips with combined multi-electrode array and transepithelial electrical resistance measurement capabilities. Lab on a Chip. 17 (13), 2294-2302 (2017).
- Benam, K.H. et al. Matched-Comparative Modeling of Normal and Diseased Human Airway Responses Using a Microengineered Breathing Lung Chip. Cell Systems. 3 (5), 456-466.e4 (2016).
to:
- Tran, T.T. et al. Exact kinetic analysis of passive transport across a polarized confluent MDCK cell monolayer modeled as a single barrier. Journal of Pharmaceutical Sciences. 93 (8), 2108–2123 (2004).
- Henry, O.Y.F. et al. Organs-on-chips with integrated electrodes for trans-epithelial electrical resistance (TEER) measurements of human epithelial barrier function. Lab on a Chip. 17 (13), 2264-2271 (2017).
- Maoz, B.M. et al. Organs-on-Chips with combined multi-electrode array and transepithelial electrical resistance measurement capabilities. Lab on a Chip. 17 (13), 2294-2302 (2017).
- Benam, K.H. et al. Matched-Comparative Modeling of Normal and Diseased Human Airway Responses Using a Microengineered Breathing Lung Chip. Cell Systems. 3 (5), 456-466.e4 (2016).
