Generación de Shear Adhesión Mapa Utilizando SynVivo redes microvasculares sintético
Summary
Flow chambers used in adhesion experiments typically consist of linear flow paths and require multiple experiments at different flow rates to generate a shear adhesion map. SynVivo-SMN enables the generation of shear adhesion map using a single experiment utilizing microliter volumes resulting in significant savings in time and consumables.
Abstract
Ensayos de adhesión celular / partículas son fundamentales para la comprensión de las interacciones bioquímicas involucradas en la fisiopatología de la enfermedad y tienen importantes aplicaciones en la búsqueda del desarrollo de nuevas terapias. Los ensayos con condiciones estáticas no logran captar la dependencia de adherencia en cizalla, lo que limita su correlación con el medio ambiente en vivo. Cámaras de flujo de placas paralelas que cuantifican la adhesión bajo un flujo de fluido fisiológico necesitan múltiples experimentos para la generación de un mapa de adhesión por cizalladura. Además, no representan la escala in vivo y la morfología y requieren volúmenes grandes (~ ml) de reactivos para los experimentos. En este estudio, hemos demostrado la generación de cizalla mapa adhesión de un solo experimento utilizando una red microvascular basado en un dispositivo de microfluidos, SynVivo-SMN. Este dispositivo recrea el complejo en la vasculatura vivo incluyendo una escala geométrica, elementos morfológicos, las características de flujo y las interacciones celulares en unFormato in vitro, proporcionando de esta manera un ambiente biológicamente realista para la investigación básica y aplicada en el comportamiento celular, la administración de fármacos, y el descubrimiento de fármacos. El ensayo se demostró mediante el estudio de la interacción de las partículas de 2 micras de biotina-revestido con superficies recubiertas con avidina del microchip. Se obtiene toda la gama de cizallamiento observado en la microvasculatura en un único ensayo que permite la adhesión vs mapa de cizallamiento para las partículas en condiciones fisiológicas.
Introduction
Los ensayos actuales para estudiar a la célula-célula y las interacciones célula-partícula implican típicamente formato de placa de estática en la que las partículas o células se incuban en matrices de proteínas o células adherentes. Al final del tiempo de incubación especificado, los números de partículas adherentes o células se cuantifican mediante microscopía de 1. A pesar de que estos ensayos proporcionan una información valiosa sobre los procesos bioquímicos detrás de estas interacciones, una limitación clave es la falta de flujo de fluido fisiológico (típico de la microcirculación) y su impacto en la adherencia de partículas.
Para superar esta limitación, en cámaras de flujo in vitro se han desarrollado en los últimos años. Un elemento común de estas cámaras de flujo es un aparato transparente perfundido a bajos números de Reynolds para que coincida con velocidades de cizallamiento de pared observadas en los vasos sanguíneos in vivo 2. La pared del vaso se modela por cualquiera de recubrimiento de biomoléculas o crecimiento de células en una superficie del flujo Chamber 3. Las partículas de 4-7 o 8-16 células son luego fluyeron en al intervalo deseado de velocidades de flujo para cuantificar el número de adherirse partículas bajo diversas velocidades de cizallamiento.
Sin embargo, el uso de cámaras de flujo de placas paralelas para estudiar y validar los fenómenos bioquímicos es bastante caro y consume mucho tiempo. Esto se debe principalmente al hecho de que múltiples experimentos deben llevarse a cabo para generar un mapa de la cizalla de fluidos vs el número de partículas / células adheridas. Además, las cámaras de flujo placa requieren grandes volúmenes de reactivos debido a su gran tamaño (altura> 250 micras y la anchura> 1 mm). Finalmente, estos dispositivos no modelan con precisión las características geométricas (por ejemplo, bifurcaciones) y las condiciones de flujo (por ejemplo, convergentes vs flujos divergentes) que están presentes in vivo.
Los recientes avances en la litografía basada microfabricación 17-19 han acelerado el campo de lab-on-a-chipdispositivos 20-21. Estos dispositivos han sido fundamentales en el desarrollo de una versión en miniatura de la cámara de flujo de placas paralelas con las dimensiones en el régimen micrómetro. La reducción en la dimensión también produce beneficios significativos en términos de volúmenes de reactivos, células o de partícula requerido para los experimentos. Sin embargo, una limitación clave de los dispositivos actualmente disponibles es el uso de canales lineales para modelar microvasos, que no imitan la microvasculatura complejo observado in vivo.
Recientemente hemos desarrollado una nueva metodología para recrear las redes microvasculares sobre sustratos de plástico desechables resultantes en representación sintética de las condiciones in vivo. Estos dispositivos denominados redes microvasculares SynVivo-sintéticos (SMN) se desarrollan utilizando PDMS basado proceso de soft-litografía. Dispositivos SynVivo-SMN se pueden utilizar para obtener cizallamiento mapa de adhesión de la adhesión celular / de partículas 22, estudio dirigido de suministro de fármacos 23 y HAVE ha validado contra datos in vivo 24-25. En este trabajo, presentamos un protocolo que permite la generación del mapa de adhesión de cizallamiento de un solo experimento en volúmenes tan pequeños como 5.1 l que resulta en un ahorro significativo de recursos y tiempo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cámaras de flujo de placas paralelas, mientras que proporciona una mejor aproximación a las interacciones célula-célula y célula-partículas, sufren de varias limitaciones tales como el alto consumo de reactivos y la necesidad de múltiples corridas experimentales para generar un mapa de adhesión por cizalladura. El uso de redes microvasculares SynVivo-sintéticos (SynVivo-las SNM) permite la generación de un mapa de adhesión al cizallamiento de un solo experimento en condiciones que imitan las condiciones i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Tecnología SynVivo fue desarrollada bajo la concesión # 2R44HL076034 del NHLBI.
Materials
| SynVivo-SMN | CFD Research | SMN-001 | Exclusive at CFDRC |
| CFD-ACE+ | ESI Inc. | N/A | |
| Avidin | Invitrogen | 43-4401 | Any avidin source will work for this assay |
| Biotinylated Particles | Polysciences | 24173-1 | Any source of biotinylated particles will work for the assay |
| Tygon Tubing | VWR | 63018-044 | Size is typical for use with SynVivo-SMN |
| NIKON Elements | NIKON Instruments | N/A | Any other imaging software can be used |
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