नेवास्कुलराइजेशन की प्रारंभिक घटना की नकल करने के लिए माइक्रोफ्लुइडिक मॉडल
Summary
यहां, हम एक माइक्रोफ्लुइडिक चिप और स्वचालित रूप से नियंत्रित, अत्यधिक कुशल परिसंचरण माइक्रोफ्लुइडिक सिस्टम प्रदान करते हैं जो नेवस्कुलराइजेशन के प्रारंभिक माइक्रोएनवायरमेंट को फिर से अपडेट करता है, जिससे एंडोथेलियल कोशिकाओं (एसी) को उच्च चमकदार कतरनी तनाव, ट्रांसेंडोथेलियल प्रवाह के शारीरिक स्तर और विभिन्न संवहनी एंडोथेलियल ग्रोथ फैक्टर (VEGF) वितरण द्वारा एक साथ उत्तेजित किया जा सकता है।
Abstract
नियोवैस्कुलराइजेशन आमतौर पर मौजूदा सामान्य वैक्यूलेचर से शुरू किया जाता है और प्रारंभिक चरण में एंडोथेलियल कोशिकाओं (ईसीएस) का बायोमैकेनिकल माइक्रोएनवायरमेंट नियोवैकुलराइजेशन की निम्नलिखित प्रक्रिया से नाटकीय रूप से भिन्न होता है। यद्यपि नियोवैस्कुलराइजेशन के विभिन्न चरणों का अनुकरण करने के लिए बहुत सारे मॉडल हैं, एक इन विट्रो 3 डी मॉडल जो सामान्य वैक्यूलेचर माइक्रोएनवायरमेंट्स की इसी उत्तेजनाओं के तहत नियोस्कुलराइजेशन की प्रारंभिक प्रक्रिया को आत्मसमर्पण करता है, अभी भी कमी है। यहां, हमने एक इन विट्रो 3 डी मॉडल को खंगाला जो नेओवैस्कुलराइजेशन (एमआईईएन) की प्रारंभिक घटना की नकल करता है। MIEN मॉडल में एक माइक्रोफ्लुइडिक स्प्राउटिंग चिप और एक स्वचालित नियंत्रण, अत्यधिक कुशल परिसंचरण प्रणाली शामिल है। एंडोथेलियम के साथ लेपित एक कार्यात्मक, perfusable माइक्रोचैनल का गठन किया गया था और अंकुरण की प्रक्रिया माइक्रोफ्लुइडिक स्प्राउटिंग चिप में नकली थी। नेवस्कुलराइजेशन के शुरू में शारीरिक माइक्रोएनवायरमेंट को माइक्रोफ्लुइडिक कंट्रोल सिस्टम के साथ फिर से पूंजीकृत किया गया था, जिसके द्वारा ईसीएस को उच्च चमकदार कतरनी तनाव, शारीरिक ट्रांसेंडोथेलियल प्रवाह, और विभिन्न संवहनी एंडोथेलियल विकास कारक (VEGF) वितरण एक साथ उजागर किया जाएगा। MIEN मॉडल आसानी से neovascularization तंत्र के अध्ययन के लिए लागू किया जा सकता है और दवा स्क्रीनिंग और विष विज्ञान अनुप्रयोगों के लिए एक कम लागत मंच के रूप में एक संभावित वादा रखती है ।
Introduction
नियोवैस्कुलराइजेशन कई सामान्य और पैथोलॉजिकल प्रक्रियाओं में होता है1,2,3,4,जिसमें वयस्कों में दो प्रमुख प्रक्रियाएं, एंजियोजेनेसिस और आर्टेरियोजेनेसिस5शामिल हैं। सबसे प्रसिद्ध विकास कारकों के अलावा, जैसे संवहनी एंडोथेलियल ग्रोथ फैक्टर (VEGF)6,यांत्रिक उत्तेजनाएं, विशेष रूप से रक्त प्रवाह प्रेरित कतरनी तनाव, नियोवैस्कुलराइजेशन7के नियमन में महत्वपूर्ण है। जैसा कि हम जानते हैं, कतरनी तनाव के परिमाण और रूपों में नाटकीय रूप से और गतिशील रूप से वैक्यूल्चर के विभिन्न भागों में भिन्नता है, जिसके परिणामस्वरूप संवहनी कोशिकाओं8,9, 10,11,12पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। पिछले अध्ययनों से पता चला है कि कतरनी तनाव ईसीएस के विभिन्न पहलुओं को प्रभावित कर सकता है, जिसमें सेल फेनोटाइपिक परिवर्तन, सिग्नल ट्रांसडक्शन, जीन अभिव्यक्ति और भित्ति कोशिकाओं के साथ संचार13,14, 15,16,17,18, 19,20शामिल हैं । इसलिए, नेवस्कुलराइजेशन21,22,23,24को विनियमित करें ।
इसलिए, नियोवैस्कुलराइजेशन को बेहतर ढंग से समझने के लिए, विट्रोमें प्राकृतिक सेलुलर माइक्रोएनवायरमेंट में प्रक्रिया का पुनर्निर्माण करना महत्वपूर्ण है। हाल ही में, माइक्रो-वेसल्स बनाने और माइक्रोफैब्रिकेशन और माइक्रोफ्लुइडिक तकनीक में प्रगति का लाभ उठाते हुए माइक्रोएनवायरमेंट25,26,27का सटीक नियंत्रण प्रदान करने के लिए कई मॉडल स्थापित किए गए हैं। इन मॉडलों में हाइड्रोजेल28, 29,पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन (पीडीएमएस) माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स30, 31, 32या3डी बायोप्रिंटिंग33,34द्वारा माइक्रो-जहाजों का उत्पादन किया जा सकता है। माइक्रोएनवायरमेंट के कुछ पहलू, जैसे ल्यूमिनल कतरनी तनाव22,23,35,36,ट्रांसेंडोथेलियल फ्लो37,38,39,40,बायोकेमिकल एंजियोजेनिक कारकों के ढाल41,42,तनाव/खिंचाव43,44,45,और अन्य प्रकार की कोशिकाओं के साथ सह-संस्कारी32,46 की नकल की गई है और उन्हें नियंत्रित किया गया है। आमतौर पर, एक बड़े जलाशय या सिरिंज पंप का उपयोग छिद्रित माध्यम प्रदान करने के लिए किया जाता था। इन मॉडलों में ट्रांसेंडोथेलियल प्रवाह जलाशय और सूक्ष्म-ट्यूब22 , 23,38,40के बीच दबाव ड्रॉप द्वाराबनायागया था। हालांकि, मैकेनिकल माइक्रोएनवायरमेंट को इस तरह से लगातार बनाए रखना मुश्किल था। ट्रांसएंडोथेलियल प्रवाह में वृद्धि होगी और फिर शारीरिक स्तर से अधिक अगर उच्च कतरनी तनाव के साथ एक उच्च प्रवाह दर परफ्यूजन के लिए इस्तेमाल किया गया था । पिछले अध्ययन से पता चला है कि नियोवैस्कुलराइजेशन की प्रारंभिक अवधि में, अक्षुण्ण ईसीएस और बेसमेंट झिल्ली के कारण ट्रांसएंडोथेलियल प्रवाह का वेग बहुत कम होता है, आमतौर पर 0.05 माइक्रोन/एस8के तहत। इस बीच, हालांकि संवहनी प्रणाली में चमकदार कतरनी तनाव बहुत भिन्न होता है, यह 5-20 dyn/सेमी2,11,47के मतलब मूल्यों के साथ अपेक्षाकृत अधिक है। अभी के लिए, पिछले कार्यों में ट्रांसएंडोथेलियल प्रवाह का वेग आम तौर पर 0.5-15 माइक्रोन/एस22,38, 39,40के बीच रखा गया है, और चमकदार कतरनी तनाव आमतौर पर 10 dyn/सेमी2 2 23के तहत किया गया था । यह एक कठिन विषय के लिए लगातार उच्च चमकदार कतरनी तनाव और ट्रांसएंडोथेलियल प्रवाह के शारीरिक स्तर पर एक साथ ECs बेनकाब रहता है ।
वर्तमान अध्ययन में, हम नेवस्कुलराइजेशन (एमआईईएन) की प्रारंभिक घटना की नकल करने के लिए एक इन विट्रो 3 डी मॉडल का वर्णन करते हैं। हमने परफ्यूजन माइक्रो-ट्यूब बनाने और48अंकुरित करने की प्रक्रिया का अनुकरण करने के लिए एक माइक्रोफ्लुइडिक चिप और एक स्वचालित नियंत्रण, अत्यधिक कुशल परिसंचरण प्रणाली विकसित की है। एमआईएन मॉडल के साथ, नेओवैस्कुलराइजेशन की प्रारंभिक अवधि में उत्तेजित ईसीएस के माइक्रोएनवायरमेंट को सबसे पहले पुनःपूंज किया जाता है। ईसीएस को उच्च चमकदार कतरनी तनाव, ट्रांसएंडोथेलियल प्रवाह के शारीरिक स्तर और एक साथ विभिन्न वीजीएफ वितरण से उत्तेजित किया जा सकता है। हम विस्तार से MIEN मॉडल की स्थापना के कदम का वर्णन और महत्वपूर्ण बिंदुओं पर ध्यान दिया जाना है, अंय शोधकर्ताओं के लिए एक संदर्भ प्रदान करने की उंमीद है ।
Protocol
Representative Results
Discussion
लंबे समय से, नेवस्कुलराइजेशन का वास्तविक समय अवलोकन एक समस्या रही है। हाल हीमें22, 32,40, 46,54अंकुरण के लिए ईसीएस के साथ अस्तर और बाह्य मैट्रिक्स के निकट कई दृष…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को नेशनल नेचुरल साइंस रिसर्च फाउंडेशन ऑफ चाइना ग्रांट-इन-एड (ग्रांट नग 11827803, 31971244, 31570947, 11772036, 61533016, U20A20390 और 32071311), चीन के राष्ट्रीय प्रमुख अनुसंधान और विकास कार्यक्रम (अनुदान नग 2016YFC1101101 और 2016YFC1102202), 111 परियोजना (B13003), और बीजिंग प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (4194079) ।
Materials
| 0.25% Trypsin-EDTA | Genview | GP3108 | |
| Collagen I, rat tail | Corning | 354236 | |
| DAPI | Sigma-Aldrich | D9542 | |
| Electromagnetic pinch valve | Wokun Technology | WK02-308-1/3 | |
| Endothelial cell medium (ECM) | Sciencell | 1001 | |
| Fetal bovine serum (FBS) | Every Green | NA | |
| Fibronectin | Corning | 354008 | |
| FITC-dextran | Miragen | 60842-46-8 | |
| Graphical programming environment | Lab VIEW | NA | |
| Image editing software | PhotoShop | NA | |
| Image processing program | ImageJ | NA | |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | 91237 | |
| Lithography equipment | Institute of optics and electronics, Chinese academy of sciences | URE-2000/35 | |
| Methanol | Sigma-Aldrich | 82762 | |
| Micro-peristaltic pump | Lead Fluid | BT101L | |
| Micro-syringe pump | Lead Fluid | TYD01 | |
| Oxygen plasma | MING HENG | PDC-MG | |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | |
| PBS (10x) | Beyotime | ST448 | |
| Permanent epoxy negative photoresist | Microchem | SU-8 2075 | |
| Phenol Red sodium salt | Sigma-Aldrich | P5530 | |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Corning | Sylgard 184 | |
| Poly-D-lysine hydrobromide (PDL) | Sigma-Aldrich | P7886 | |
| Polytetrafluoroethylene | Teflon | NA | |
| Program software | MATLAB | NA | |
| Recombinant Human VEGF-165 | StemImmune LLC | HVG-VF5 | |
| Sodium hydroxide (NaOH) | Sigma-Aldrich | 1.06498 | |
| Stage top incubator | Tokai Hit | NA | |
| SU-8 developer | Microchem | NA | |
| Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane | Sigma-Aldrich | 448931 | |
| TRITC Phalloidin | Sigma-Aldrich | P5285 |
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