Erzeugung dynamischer Umgebungsbedingungen mit einem hochdurchsatzstarken mikrofluidischen Gerät
Summary
Wir präsentieren ein mikrofluidisches System für Hochdurchsatzstudien an komplexen Lebensmaschinen, das aus 1500 Kultureinheiten, einer Reihe verbesserter Peristaltikpumpen und einem Mischmodul vor Ort besteht. Der mikrofluidische Chip ermöglicht die Analyse der hochkomplexen und dynamischen Mikro-Umgebungsbedingungen in vivo.
Abstract
Die Nachahmung von in vivo-Umweltbedingungen ist entscheidend für In-vitro-Studien an komplexen Lebensmaschinen. Aktuelle Techniken, die auf lebende Zellen und Organe abzielen, sind jedoch entweder sehr teuer, wie Robotik, oder es fehlt an Nanolitervolumen und Millisekunden-Zeitgenauigkeit bei der Flüssigkeitsmanipulation. Wir präsentieren hierdas Design und die Herstellung eines mikrofluidischen Systems, das aus 1.500 Kultureinheiten, einer Reihe verbesserter peristaltischer Pumpen und einem Mischmodul vor Ort besteht. Um die Kapazitäten des mikrofluidischen Geräts zu demonstrieren, werden neuronale Stammzellkugeln (NSC) im vorgeschlagenen System beibehalten. Wir haben beobachtet, dass die runden konforme Konformation gut erhalten bleibt, wenn die NSC-Kugel CXCL in Tag 1 und EGF in Tag 2 ausgesetzt ist. Die Variation der Eingangsreihenfolge von 6 Medikamenten bewirkt morphologische Veränderungen der NSC-Sphäre und des ausdrucksrepräsentativen Markers für NSC-Stammheit (d. h. Hes5 und Dcx). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass dynamische und komplexe Umgebungsbedingungen große Auswirkungen auf die NSC-Differenzierung und Selbsterneuerung haben, und das vorgeschlagene mikrofluidische Gerät ist eine geeignete Plattform für Hochdurchsatzstudien an den komplexen Lebensmaschinen.
Introduction
Hohe Durchsatztechniken sind entscheidend für biomedizinische und klinische Studien. Durch die parallele Durchführung von Millionen chemischer, genetischer oder lebender Zell- und Organoidtests können Forscher schnell Gene identifizieren, die einen biomolekularen Pfad modulieren, und den sequenziellen Medikamenteneinsatz an die spezifischen Bedürfnisse anpassen. Robotik1 und mikrofluidische Chips in Kombination mit einem Gerätesteuerungsprogramm ermöglichen die Automatisierung komplexer experimenteller Verfahren, die zell-/gewebemanipulation, Flüssigkeitshandhabung, Bildgebung und Datenverarbeitung/-steuerung2,3umfassen. Daher können Hunderte und Tausende von experimentellen Bedingungen auf einem einzigen Chip aufrechterhalten werden, nach dem gewünschten Durchsatz4,5.
In diesem Protokoll beschrieben wir das Design- und Herstellungsverfahren eines mikrofluidischen Geräts, das aus 1500 Kultureinheiten, einer Reihe verbesserter peristaltischer Pumpen und einem Mischmodul vor Ort besteht. Die 2-stufige Zellkulturkammer verhindert unnötiges Scheren während des mittleren Austauschs, was eine ungestörte Kulturumgebung für die langfristige Live-Zell-Bildgebung sicherstellt. Die Studien zeigen, dass das vorgeschlagene mikrofluidische Gerät eine geeignete Plattform für Hochdurchsatzstudien an komplexen Lebensmaschinen ist. Darüber hinaus ermöglichen die fortschrittlichen Eigenschaften des mikrofluidischen Chips die automatisierte Rekonstitution hochkomplexer und dynamischer Mikroumweltbedingungen in vivo, wie die ständig wechselnden Zytokin- und Ligandenzusammensetzungen6,7, deren Fertigstellung Monate für konventionelle Plattformen wie 96-Well-Platten dauert.
Protocol
Representative Results
Discussion
Verschiedene mikrofluidische Geräte wurden entwickelt, um Multiplex- und komplexe Experimentedurchzuführen 17,18,19,20. Beispielsweise können Mikrobrunnen aus einer Reihe von topologischen Aussparungen einzelne Zellen ohne den Einsatz externer Kraft einfangen, was vorteilhafte Zeichen wie geringe Stichprobengröße, Parallelisierung, geringere Materialkosten, schnellere Reaktion, hohe Empfin…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren würdigen die technische Unterstützung von Zhifeng Cheng von Chansn Instrument (China) LTD. Diese Arbeit wurde durch Stipendien unterstützt (National Natural Science Foundation of China,51927804).
Materials
| 2713 Loker Avenue West | Torrey pines scientific | ||
| AZ-50X | AZ Electronic Materials, Luxembourg | ||
| Chlorotrimethylsilane(TMCS) 92360-25mL | Sigma | ||
| CO2 Incubator HP151 | Heal Force | ||
| Desktop Hole Puncher for PDMS chips WH-CF-14 | Suzhou Wenhao Microfluidic Technology Co., Ltd. | ||
| DMEM(L-glutamine, High Glucose, henol Red) | Invitrogen | ||
| Electronic Balance UTP-313 Max:600g, e:0.1g, d:0.01g | Shanghai Hochoice Apparatus Manufacturer Co.,LTD. | ||
| FBS | Sigma | ||
| Fibronection 0.25 mg/mL | Millipore, Austria | ||
| Glutamax 100x | Gibco | ||
| Heating Incubator BGG-9240A | Shanghai bluepard instruments Co.,Ltd. | ||
| Nikon Model Eclipse Ti2-E | Nikon | ||
| Pen/Strep 10 Units/mL Penicillin 10 ug/mL Streptomycin | Invitrogen | ||
| Plasma cleaner PDC-002 | Harrick Plasma | ||
| polydimethylsiloxane(PDMS) | Momentive | ||
| polylysine 0.01% | Sigma | ||
| Spin coater ARE-310 | Awatori Rentaro | ||
| Spin coater TDZ5-WS | Cence | ||
| Spin coater WH-SC-01 | Suzhou Wenhao Microfluidic Technology Co., Ltd. | ||
| SU-8 3025 | MicroChem, Westborough, MA, USA | ||
| SU-8 3075 | MicroChem, Westborough, MA, USA |
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