Endothelialized Microfluidics voor het bestuderen van microvasculaire Interacties in Hematologische ziekten
Summary
Een methode om cultuur een endotheelcel monolaag het gehele inwendige oppervlak van een 3D microfluïdische apparaat met microvasculaire grootte kanalen (<30 pm) beschreven. Deze<em> In vitro</em> Capillairen model kan de studie van biofysische interacties tussen bloedcellen, endotheelcellen en oplosbaar factoren hematologische aandoeningen.
Abstract
De vooruitgang in microfabricage technieken hebben het mogelijk de productie van goedkope en reproduceerbare microfluïdische systemen voor het uitvoeren van biologische en biochemische experimenten op micro-en nanoschaal 1,2. Daarnaast zijn microfluidics ook specifiek gebruikt om kwantitatief te analyseren hematologische en microvasculaire processen, vanwege hun vermogen om eenvoudig controle de dynamische vloeibare milieu en biologische omstandigheden 3-6. Als zodanig hebben de onderzoekers meer recent gebruikt microfluïdische systemen bloedcellen vervormbaarheid, bloedcel aggregatie, microvasculaire doorbloeding, en bloed cel-endotheliale cel interacties 6-13 te bestuderen. Echter, deze microfluïdische systemen ofwel geen rekening gehouden met gekweekte endotheelcellen of waren groter dan sizescale relevante microvasculaire pathologische processen. Een microfluïdische platform met gekweekte endotheelcellen die nauwkeurig recapituleert de cellulaire, fysieke en hemodynAmic omgeving van de microcirculatie is nodig om ons begrip van de onderliggende biofysische pathofysiologie van hematologische ziekten die de microvasculatuur te betrekken bevorderen.
Hier melden wij een methode om een "endothelialized" te creëren in vitro model van de microvasculatuur, met behulp van een eenvoudige, enkel masker microfabricage proces in combinatie met standaard endotheelcellen cultuur technieken, om pathologische biofysische microvasculaire interacties die plaatsvinden in de hematologische ziekte te bestuderen. Deze "microvasculatuur-on-a-chip" biedt de onderzoeker met een robuuste test die goed bestuurt zowel biologische als biofysische voorwaarden en wordt bediend met een standaard spuit pomp en helderveld / fluorescentie microscopie. Parameters zoals microcirculatie hemodynamische omstandigheden, endotheelcellen type bloedcel type (n) en de concentratie (s), drugs / remmende concentratie etc. kunnen allemaal eenvoudig te bedienen. Als zodanig is onze microsysteem biedteen methode om kwantitatief te onderzoeken ziekte processen waarin microvasculaire doorstroming wordt belemmerd als gevolg van veranderingen in celadhesie, aggregatie, en vervormbaarheid, een vermogen beschikbaar met bestaande tests.
Protocol
Discussion
De endothelialized microdevice wordt best in combinatie met in vivo experimenten en zijn reductionistische benadering kan helpen verhelderen de biofysische mechanismen hematologische processen die bij de mens en diermodellen. Bovendien is ons systeem is niet zonder beperkingen. Zo onze microfluïdische kanalen vierkante dwarsdoorsnede. Hoewel technisch ronde microkanalen kunnen worden vervaardigd 10,11, hebben we ervoor gekozen om een eenvoudiger en standaard fabricage procedure te gebruiken, zodat a…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken T. Hunt, M. Rosenbluth, en het Lam Lab voor hun advies en nuttige discussies. Wij erkennen de steun van G. Spinner en het Instituut voor elektronica en nanotechnologie van het Georgia Institute of Technology. Financiële steun voor dit werk werd geleverd door een NIH-subsidie K08-HL093360, UCSF REAC Award, een NIH Nanomedicine Development Center Award PN2EY018244, en de financiering van het Centrum voor Endothelial Cell Biology van de Children's Healthcare van Atlanta.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
| blunt point needle | OK International | 920050-TE | Precision TE needle 20 Gauge x 1/2″, pink |
| dextran | Sigma-Aldrich | 31392 | |
| Fibronectin | Sigma-Aldrich | F0895 | |
| Hole puncher (pin vise) | Technical Innovations | ||
| Human umbilical cord endothelial cells (HUVECs) | Lonza | CC-2519 | |
| Plasma cleaner | Plasma | PDC-326 | |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Fisher Scientific | NC9285739 | Sylgard 184 Silicone Elastomer KIT |
| Sigmacote | Sigma-Aldrich | SL2 | |
| SU-8 2025 | Microchem | Y111069 | |
| SU-8 Developer | Microchem | Y020100 | |
| Syringe pump | Harvard Apparatus | 70-3008 | PHD-ULTRA |
| tubing(larger) | Cole-Parmer Instrument Company | 06418-02 | Tygonreg microbore tubing, 0.020″ ID x 0.060″ OD |
| tubing(smaller) | Cole-Parmer Instrument Company | 06417-11 | PTFE microbore tubing, 0.012″ ID x 0.030″ OD |
References
- Mezzano, D., Quiroga, T., Pereira, J. The Level of Laboratory Testing Required for Diagnosis or Exclusion of a Platelet Function Disorder Using Platelet Aggregation and Secretion Assays. Semin. Thromb. Hemost. 35, 242-254 (2009).
- Young, E. W. K., Beebe, D. J. Fundamentals of microfluidic cell culture in controlled microenvironments. Chemical Society Reviews. 39, 1036-1048 (2010).
- Young, E. W. K., Simmons, C. A. Macro- microscale fluid flow systems for endothelial cell biology. Lab on a Chip. 10, 143-160 (2010).
- Higgins, J. M., Eddington, D. T., Bhatia, S. N., Mahadevan, L. Sickle cell vasoocclusion and rescue in a microfluidic device. Proceedings of the National Academy of Sciences. 104, 20496-20500 (2007).
- Rosano, J. A physiologically realistic in vitro model of microvascular networks. Biomedical Microdevices. 11, 1051-1057 (2009).
- Meer, A. D. v. a. n. d. e. r., Poot, A. A., Duits, M. H. G., Feijen, J., Vermes, I. Microfluidic Technology in Vascular Research. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2009, (2009).
- Karunarathne, W., Ku, C. -. J., Spence, D. M. The dual nature of extracellular ATP as a concentration-dependent platelet P2X1 agonist and antagonist. Integrative Biology. 1, 655-663 (2009).
- Kotz, K. T. Clinical microfluidics for neutrophil genomics and proteomics. Nat. Med. 16, 1042-1047 (2010).
- Rosenbluth, M. J., Lam, W. A., Fletcher, D. A. Analyzing cell mechanics in hematologic diseases with microfluidic biophysical flow cytometry. Lab on a Chip. 8, 1062-1070 (2008).
- Shelby, J. P., White, J., Ganesan, K., Rathod, P. K., Chiu, D. T. A microfluidic model for single-cell capillary obstruction by Plasmodium falciparum-infected erythrocytes. Proceedings of the National Academy of Sciences. 100, 14618-14622 (1073).
- Borenstein, J. Functional endothelialized microvascular networks with circular cross-sections in a tissue culture substrate. Biomedical Microdevices. 12, 71-79 (2010).
- Nesbitt, W. S. A shear gradient-dependent platelet aggregation mechanism drives thrombus formation. Nat. Med. 15, 665-673 (2009).
- Prabhakarpandian, B., Shen, M. -. C., Pant, K., Kiani, M. F. Microfluidic devices for modeling cell-cell and particle-cell interactions in the microvasculature. Microvascular Research. 82, 210-220 (2011).
- Tsai, M. In vitro modeling of the microvascular occlusion and thrombosis that occur in hematologic diseases using microfluidic technology. The Journal of Clinical Investigation. , (2011).
- Green, D. A., Murphy, W. G., Uttley, W. S. Haemolytic uraemic syndrome: prognostic factors. Clinical & Laboratory Haematology. 22, 11-14 (2000).
