$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Gelişim, sinyal yolları aracılığıyla hücreler arası iletişim ile kontrol edilir. Dokuların karmaşık oluşumunu ve uzay ve zamanda uygun hücre farklılaşmasını düzenleyen sınırlı sayıda sinyal yolu vardır. Bu çok sayıda süreci düzenlemek için, bilgi bir sinyal yolunun dinamiklerinde, bir sinyalin frekansı veya süresi gibi zaman içinde bir yolun değişiminde kodlanabilir1,2.
Somitogenez sırasında, somitik doku periyodik olarak presomitik mezodermden (PSM) ayrılır3. PSM, Wnt, Fibroblast Büyüme Faktörü (FGF) ve Retinoik asit sinyalizasyonu gradyanları tarafından mekansal olarak düzenlenir. Wnt ve FGF sinyallerinin düşük olduğu belirleme cephesindeki anterior PSM'de, hücreler somitlere farklılaşmak üzere hazırlanır. Farklılaşma, bir transkripsiyonel aktivasyon dalgası bu belirleme cephesine ulaştığında meydana gelir. PSM içinde Wnt, FGF ve Notch sinyal salınımı olur. Komşu hücreler fazın biraz dışına salınır, bu da Wnt, FGF ve Notch yollarının posteriordan anterior PSM'ye giden salınımlı transkripsiyonel aktivasyon dalgalarıyla sonuçlanır. Fare embriyolarında, bir transkripsiyonel dalga yaklaşık her 2 saatte bir belirleme cephesine ulaşır ve somit oluşumunu başlatır. Sinyal yollarını bozarak veya aktive ederek somitogenezi incelemek, bu yolların önemini gösterebilir4,5,6,7,8,9. Bununla birlikte, hücresel davranışın kontrolünde sinyal dinamiklerinin işlevini araştırabilmek için, sinyal yollarını kalıcı olarak aktive etmek veya inhibe etmek yerine ince bir şekilde modüle etmek önemlidir.
Segmentasyon faresi embriyosundaki sinyal yolu aktivitesini geçici olarak modüle etmek için, Sonnen ve ark. mikroakışkan bir sistem geliştirmiştir10. Bu sistem, biyolojik numuneyi içeren bir çipin mikro kanalları içindeki sıvı akışlarının sıkı bir şekilde kontrol edilmesini sağlar11. PSM'nin uygun şekilde segmentasyonu için sinyal dinamiklerinin önemini incelemek için, bu mikroakışkan kurulumu, fare segmentasyon saatinin sinyal dinamiklerini ex vivo olarak modüle etmek için kullanılır. Yol aktivatörleri veya inhibitörleri kültür odasına sırayla darbelendirerek, Wnt, FGF ve Notch sinyalizasyonunun dinamiklerinin dış kontrolü sağlanır10. Örneğin, bireysel yolların periyodunu ve çoklu salınımlı sinyal yolları arasındaki faz ilişkisini değiştirmek mümkündür. Dinamik sinyal muhabirlerinin eşzamanlı gerçek zamanlı görüntülemesi kullanılarak, sürüklenmenin yolakların kendileri, farklılaşma ve somit oluşumu üzerindeki etkisi analiz edilebilir. Sinyal dinamikleri üzerindeki bu kontrol seviyesi kullanılarak, somitogenez sırasında Wnt- ve Notch-sinyal yolları arasındaki faz ilişkisinin önemi vurgulanmıştır10.
Kişiselleştirilmiş çip tasarımları, yerel ortamdaki mekansal zamansal pertürbasyonlar için çok sayıda seçeneğe izin verir, örneğin, kararlı gradyan oluşumu12,13,14,15, pulsatil aktivasyon/inhibisyon10,16,17,18 veya lokalize pertürbasyonlar19,20 . Mikroakışkanlar ayrıca deneysel kullanımın otomasyonu sayesinde daha tekrarlanabilir bir okuma ve daha yüksek verim sağlayabilir21,22,23. Mevcut protokol, mikroakışkanları ve dokulardaki endojen sinyal salınımlarının sürüklenmesini her standart yaşam bilimleri laboratuvarına getirmeyi amaçlamaktadır. Temiz oda ve yumuşak litografi ekipmanı gibi çip üretimi için sofistike ekipmanların yokluğunda bile, mikroakışkan çipler biyolojik soruları ele almak için üretilebilir ve kullanılabilir. Kalıplar, serbestçe kullanılabilen bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımı kullanılarak tasarlanabilir. Genellikle polidimetilsiloksandan (PDMS) oluşan mikroakışkan çiplerin üretimi için bir kalıp, bir 3D yazıcı ile basılabilir veya baskı şirketlerinden sipariş edilebilir. Bu şekilde, mikroakışkan çipler pahalı ekipmanlara ihtiyaç duymadan bir gün içinde üretilebilir24. Burada, iki boyutlu (2D) ex vivo kültürlerde25 fare segmentasyon saatinin sürüklenmesi için bir kalıbın bir 3D yazıcı ile basılabileceği bir çip tasarımı sağlanmıştır.
Mikroakışkanlar tarafından sağlanan çip üstü kültürler ve hassas pertürbasyonlar, sinyal yollarının çok hücreli davranışı nasıl kontrol ettiğinin moleküler mekanizmalarını çözmede olağanüstü bir potansiyele sahiptir. Sinyalizasyon dinamikleri ve morfojen gradyanları, gelişimdeki birçok süreç için gereklidir. Daha önce, laboratuvarlar mikroakışkan çiplerde kültürlenmiş hücrelere, dokulara ve tüm organizmalara sahipti ve öncelikle 2D hücre kültürünün mekansal zamansal pertürbasyonu için protokoller başka bir yerde sağlanmıştır12,26,27,28,29. Çok hücreli sistemlerde yerel ortamları modüle etmek için mikroakışkanların uygulanması, yüksek verimli ve hassas mekansal zamansal bozulmalar için yeni perspektifler açar. Mikroakışkanlar alanı artık gelişimsel biyologlar için uzman olmayan, ucuz ve kolayca uygulanabilir bir araç haline geldiği bir noktaya ulaşmıştır.
Burada, fare segmentasyon saatinin bir Çentik sinyal inhibitörünün darbelerine sürüklenmesi için bir protokol sağlanmıştır. Böyle bir deney aşağıdaki adımlardan oluşur: (1) mikroakışkan çipin üretilmesi, (2) çipin boru ve kaplamasının hazırlanması ve (3) mikroakışkan deneyin kendisi (Şekil 1A). Omurgalı model sistemlerini içeren araştırmalar, sorumlu komiteden önceden etik onay gerektirir.