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Biotechnik

マルチ深円形の断面内皮マイクロチャンネル·オン·ア·チップの開発のための手順

Published: October 21, 2013
doi:
10.3791/50771
, , ,
1Lane Department of Computer Science and Electrical Engineering,West Virginia University, 2Department of Cell Biology and Neuroscience,University of California at Riverside

Summary

マイクロチャネル·オン·チップ·プラットフォームは、フォトリソグラフィリフローフォトレジスト技術、ソフトリソグラフィー、マイクロフルイディクスとの組み合わせによって開発されました。内皮マイクロチャネルプラットフォームは、 インビボにおける微小血管の3次元（3D）ジオメトリを模倣する制御された連続かん流の流れの下で実行され、高品質かつリアルタイムイメージングを可能にし、微小血管の研究に適用することができる。

Abstract

インビボでの動物実験は、より時間がかかり、高価であり、観察および定量は非常に挑戦的であるための努力が微小血管の研究のためのin vitroアッセイの開発に焦点を当ててきた。 3次元（3D）ジオメトリに対してインビボ微小血管に表現し、連続的な流体の流れを提供する場合しかし、微小血管ビトロアッセイにおける従来は限界がある。フォトリソグラフィリフローフォトレジスト技術、ソフトリソグラフィー、マイクロフルイディクスとの組み合わせを使用して、我々は管理された連続灌流下で生体内微小血管および実行中の3Dジオメトリを模倣マルチ深円形の断面内皮マイクロチャネルオンチップを開発した流れ。ポジティブフォトレジストをリフロー半円形の断面マイクロチャンネルネットワークにマスターモールドを作製した。 replを2ポリジメチルシロキサン（PDMS）マイクロチャネルの整列及び接合によるマスター型からicated、円筒マイクロネットワークが作成されました。マイクロチャネルの直径は十分に制御することができる。また、チップ内部で播種し、一次ヒト臍帯静脈内皮細胞（HUVEC）は、細胞は4日〜2週間の間の時間期間の持続的な制御の下で灌流マイクロチャンネルの内面を内張りすることを示した。

Introduction

循環系の一部として微小血管は、血液や組織の間の相互作用を媒介する、代謝活動を支援し、組織微小環境を定義し、多くの健康および病理学的条件において重要な役割を果たす。 in vitroでの機能的な微小血管の要約は、複雑な血管現象の研究のためのプラットフォームを提供することができます。しかしながら、このような内皮細胞の遊走アッセイ、内皮管形成アッセイ、およびラットおよびマウス大動脈輪アッセイなどのインビトロ微小血管アッセイ、従来の三次元（3D）ジオメトリおよび連続フロー制御に対してインビボ微小血管に再現することができない1-8。このような角膜血管新生アッセイ、ニワトリ絨毛尿膜血管新生アッセイ、およびマトリゲルプラグアッセイなどの動物モデルおよびin vivoアッセイを使用して、微小血管の研究は、多くの時間がかかり、コストが高く、観察や数量化に関して挑戦、および倫理的な問題1、9-13を上げる。

持っていないでしょうな、簡単かつ厳密に制御生物学的条件と動的流体環境などの研究14、、動物とし、 生体内での関連する高い実験的なコストと複雑さを節減しながらmicromanufacturingとマイクロ流体チップ技術の進歩は、生物医学科学の洞察の様々を有効にしている従来のマクロスケールの技術で可能であっ。

ここでは、 生体内微小血管内の3Dジオメトリを模倣し、フォトリソグラフィリフローフォトレジスト技術、ソフトリソグラフィー、マイクロフルイディクスとの組み合わせを使用して管理された連続的な灌流の流れの下で実行され内皮マイクロチャネルオンチップを構築するためのアプローチを提示する。

Protocol

1。フォトレジストマスターモールドのフォトリソグラフィ作製次のプロトコルは30-60ミクロンの直径とマイクロチャネルを作製するためのプロセスを示しています。小径（30μm未満）とマイクロチャネルを取得するには、フォトレジストのシングルスピンコーティングが必要とされている。 使用前に24時間クリーンルームに4℃で冷蔵庫からリフローフォトレジス?…

Representative Results

マルチデプスマイクロチャネルネットワークを製造する当社のアプローチは、マイクロチャネルは、クロスセクション15を丸めていた、 生体内微小血管内の複雑な3D形状を模倣しています。さらに、チャネルと娘チャネルを分岐親の直径はおよそ全体のチャネル抵抗が低く、流動速度がネットワーク16-18全体より均一であるように要求されるレベルで流体の流れ?…

Discussion

1。マスターモールドの製造

血管の形態計測のために設計し、指針の一つは、ネットワーク全体に血管径の分布は最小エネルギー配慮によって支配されていることを述べているマレーの法則16、として知られています。また、分岐で親血管の直径のキューブが娘血管の直径の立方体の和に等しいと述べている（ <img alt="式（1）" fo:content-width="0.9in" fo:src="/files/ftp_up…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

本研究の一部は全米科学財団（NSF 1227359）、国立科学財団（EPS-1003907）、それぞれ国立科学財団（1007978）、およびWVU PSCoR、主催WVUのADVANCEオフィスによって資金を供給WVU EPSCoRプログラムによってサポートされていました。微細加工作業はWVU共用研究設備（クリーンルーム施設）とウェストバージニア大学のチップ研究所（マイクロチップラボ）でマイクロ流体統合セルラー研究で行われていた。共焦点イメージングは​​WVU顕微鏡イメージング施設で行われた。

Materials

Reagent/Material
Reflow Photoresist AZ Electronic Materials AZP4620
Developer AZ Electronic Materials AZ 400K
PDMS Dow Corning Corporation Sylgard 184
MCDB 131 Culture Medium Invitrogen 10372-019
NacBlue Nuclei Staining Invitrogen H1399
PKH Red Stain Sigma MINI26 and PKH26GL
Fibronectin Gibco PHE0023
L-Glutamine Sigma G7513
Phosphate Buffered Saline Invitrogen 14040-133
HEPES Buffered Saline Solution Lonza CC-5024
Trypsin/EDTA Invitrogen 25300-062
Trypsin Neutralizing Solution Lonza CC-5002
PDMS Curing Agent Dow Corning Corporation Sylgard 184
Primary Human Umbilical Vein Endothelial Cells Lonza CC-2517
Fetal Bovine Serum Lonza 14-501F
Diluent C Sigma CGLDIL
Hoechst33342 Invitrogen, Molecular Probes R37605
Dextran Sigma 95771
3.5% Paraformaldehyde Electron Microscopy Science 15710-S
Equipment
Spinner Laurell Technologies Corporation WS-400BZ-6NPP/LITE
Desiccator BelArt Products 999320237
Inverted Microscope Nikon Eclipse Ti
Syringe Pump System Harvard Apparatus PHD Ultra
Laminar Biosafety Hood Thermo Scientific 1300 Series A2
Planetary Centrifugal Mixer Thinky ARE-310
Isotemp Oven Fisher Scientific 13-246-516GAQ
Optical Microscope Zeiss Invertoskop 40C
Plasma Cleaner Harrick Plasma PDC-32G
Hotplate Barnstead/Thermolyne Cimarec SP131635
Laser Scanning Confocal Microscope Zeiss LSM 510
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Keywords: Multi-depth Circular Cross-sectional MicrochannelsEndothelialized MicrochannelsIn Vitro Microvessels3D GeometryContinuous Fluid FlowPhotolithographic ReflowSoft LithographyMicrofluidicsPDMSPrimary Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVECs)Perfusion
check_url/de/50771?article_type=t

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Li, X., Mearns, S. M., Martins-Green, M., Liu, Y. Procedure for the Development of Multi-depth Circular Cross-sectional Endothelialized Microchannels-on-a-chip. J. Vis. Exp. (80), e50771, doi:10.3791/50771 (2013).
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