使用磁阿基米德策略的细胞图案化
Summary
该协议描述了一种基于磁阿基米德效应的无墨水、无标记、独立于基板、高通量细胞图案化的方法。
Abstract
细胞图案化可以精确控制细胞定位，在细胞行为研究中具有独特的优势。在该协议中，引入了一种基于磁阿基米德（Mag-Arch）效应的细胞图案化策略。这种方法可以在不使用油墨材料或标记颗粒的情况下精确控制细胞分布。通过引入顺磁性试剂来增强细胞培养基的磁化率，细胞被磁铁排斥，并排列成与位于微流体基板下方的磁铁组互补的图案。
在本文中，提供了使用基于 Mag-Arch 的策略进行细胞图案化的详细过程。提供了用于单细胞类型以及用于共培养实验的多种细胞类型的图案化方法。此外，还提供了制造包含细胞图案化通道的微流控装置的综合说明。使用并行方法实现此功能具有挑战性，但可以以简化且经济高效的方式完成。采用基于 Mag-Arch 的细胞图案化为研究人员提供了强大的 体外 研究工具。
Introduction
细胞图案化正在发展成为一种直观而强大的 体外 研究技术1.通过操纵培养板中的细胞位置，它为各种实验提供了解决方案，包括细胞迁移2、仿生多细胞共培养3、类器官组装4、生物材料研究5 等。在大多数情况下，无墨水、无标记方法是细胞图案化的首选方法，因为它为后续研究提供了易于操作和高细胞活力。
磁拱效应是一种物理现象，其中顺磁性液体中的抗磁性物体倾向于向磁场较弱的区域移动6.活细胞具有天然的抗磁性，而细胞培养基可以通过添加可溶性顺磁性元素制成顺磁性，例如钆喷酸二葡甲胺 （Gd-DTPA），通常用于静脉注射核磁共振成像作为造影剂7。因此，预计细胞将被周围的顺磁性介质排斥，并移动到磁场较弱的区域8.使用一组钕磁铁可以很容易地产生图案磁场。理想情况下，电池图案与磁铁图案相反。从技术上讲，这被定义为一种无标记方法，因为唯一的附加试剂 Gd-DTPA 保留在细胞外环境中并且不与细胞结合。因此，通过更换培养基，可以很容易地避免对后续细胞培养的潜在影响。与其他方法1,3,9,10相比，基于Mag-Arch的策略不需要生物墨水成分或应用特定颗粒来积极标记细胞。此外，它已被证明可以在多种底物上进行细胞粘附，并且能够实现高通量细胞图案化4。
本文介绍了使用基于 Mag-Arch 的方法进行细胞图案化的详细协议，涵盖了从设备制造到调整细胞图案的所有内容。除了我们已经演示的图案外，用户还可以使用磁铁和Gd-DTPA解决方案轻松创建各种单元图案。此外，还提供了用于在封闭的微流控芯片中组装复杂的共培养模式和操纵细胞的方案。
Protocol
Representative Results
Discussion
基于 Mag-Arch 的细胞图案化为大多数生物医学实验室提供了用户友好的解决方案。该方法与无墨水、无标记、独立于基材的特征以及高通量图案化的能力并行 8,13。对于单体细胞图案化，它以一步方式对细胞进行图案化。该过程只需刷新培养基即可完成。
以前的研究使用磁性粒子来标记细胞并用磁铁吸引它们以形成精确的图案<sup clas…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
本研究得到了国家重点研发计划（2021YFA1101100）、国家自然科学基金（32000971）、中央高校基本科研业务费（2021FZZX001-42）和浙江大学上海高等研究院星夜科学基金（批准号：Grant No.SN-ZJU-SIAS-004）。
Materials
| A2780 ovarian cancer cells | Procell | CL-0013 | |
| Cell culture medium (DMEM, high glucose) | Gibco | 11995040 | |
| Cover slides | Citotest Scientific | 80340-3610 | For fabricating microfluidics. Dimension: 24 mm × 50 mm |
| DiD | MedChemExpress (MCE) | HY-D1028 | For labeling cells with red fluorescence (Ex: 640 nm) |
| DiI | MedChemExpress (MCE) | HY-D0083 | For labeling cells with orange fluorescence (Ex: 550 nm) |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Biochannel | BC-SE-FBS07 | |
| Gadopentetate dimeglumine (Gd-DTPA) | Beijing Beilu Pharmaceutical | H10860002 | |
| Gelatin | Sigma Aldrich | V900863 | |
| Glass cell slides | Citotest Scientific | 80346-2510 | Diameter: 25 mm; thickness: 0.19-0.22 mm |
| Glass plates | PURESHI hardware store | For fabricating microfluidics. Dimension: 40 mm × 75 mm | |
| Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVECs) | Servicebio | STCC12103G-1 | |
| Neodymium-iron-boron magnets (N52) | Lalaci | ||
| Non-toxic glass plate coating (Gel Slick Solution) | Lonza | 1049286 | For convenience of demolding when fabricating microfluidics |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Servicebio | G4200 | |
| Plasma cleaner | SANHOPTT | PT-2S | |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) kit | DOWSIL | SYLGARD 184 Silicone Elastomer Kit | For fabricating microfluidics |
| Polytetrafluoroethylene (PFTE) mold | PURESHI hardware store | Customized online, for fabricating microfluidics | |
| Silicon plate | PURESHI hardware store | ||
| Smooth Muscle Cells (SMC) | Procell | CL-0517 | |
| Ultrasonic cleaner | Sapeen | CSA-02 |
References
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