ハイスループットマイクロ流体装置を用いた動的環境条件の生成
Summary
1500の培養ユニット、強化された蠕動ポンプの配列、オンサイトミキシングモジュラスから構成される複雑な寿命機械の高スループット研究のためのマイクロ流体システムを発表します。マイクロ流体チップは、生体内の非常に複雑で動的な微小環境条件の解析を可能にします。
Abstract
生体内の環境条件を模倣することは、複雑な生命機械に関するインビトロ研究にとって極めて重要である。しかし、生きた細胞や臓器を標的とする現在の技術は、ロボット工学のような非常に高価であるか、液体操作においてナノリットル体積とミリ秒の時間精度を欠いている。ここでは、1,500の培養ユニット、強化された蠕動ポンプの配列、およびオンサイト混合弾性率から構成されるマイクロ流体システムの設計と製造を提示する。マイクロ流体デバイスの容量を実証するために、神経幹細胞(NSC)球体は提案されたシステムで維持される。我々は、NSC球体が1日目にCXCLに曝露され、2日目にEGFにさらされると、丸型の立体構造が良好に維持されることを観察した。6つの薬剤の入力順序の変動は、NSC球体およびNSCステムの発現レベル代表マーカー(すなわち、Hes5およびDcx)に形態学的変化を引き起こす。これらの結果は、動的で複雑な環境条件がNSC分化および自己再生に大きな影響を及ぼすことを示しており、提案されたマイクロ流体デバイスは、複雑な生命機械のハイスループット研究に適したプラットフォームである。
Introduction
高スループット技術は、生物医学および臨床研究にとって極めて重要です。何百万もの化学的、遺伝的、または生細胞およびオルガノイドの検査を並行して行うことで、研究者は生体分子経路を調節する遺伝子を迅速に同定し、特定のニーズに合わせて連続的な薬物入力をカスタマイズすることができます。ロボット1とマイクロ流体チップをデバイス制御プログラムと組み合わせて、細胞/組織操作、液体処理、イメージング、およびデータ処理/制御2,3をカバーする複雑な実験手順を自動化することができます。したがって、所望のスループット4,5に従って、1つのチップ上で数百、数千の実験条件を維持することができる。
このプロトコルでは、1500の培養ユニット、強化された蠕動ポンプおよびオンサイト混合弾性率から構成されるマイクロ流体装置の設計および製造手順について説明した。2レベルの細胞培養チャンバーは、培地交換時に不要なせん断を防ぎ、長期の生細胞イメージングのための乱れない培養環境を保証します。この研究は、提案されたマイクロ流体装置が複雑な生命機械のハイスループット研究に適したプラットフォームであることを示している。さらに、マイクロ流体チップの高度な機能により、常に変化するサイトカインおよびリガンド組成物6、7のような非常に複雑で動的な微小環境条件の自動再構成が可能となり、96ウェルプレートのような従来のプラットフォームでは数ヶ月かかる。
Protocol
1. マイクロ流体チップ設計 18個の入口からなるマイクロ流体マルチプレクサを設計し、各々は個々のバルブと蠕動ポンプによって制御されます。ポンプサイクルごとに駆動される液体体積を増加させるために、蠕動ポンプを3つの制御チャネルで構成し、意図的に200μmに拡大し、10本の接続流線を有する。 せん断のない文化室を設計します。2レベル培養ユニットの複製は、低い…
Representative Results
従来のオンチップペリスタチックポンプは、2000年にスティーブン・クエイクによって最初に記述され、そのパターン101、100、100、110、010、011、001、0018、10によって蠕動を作動させた。 0 と 1 の数値は、3 本の水平制御線の「開く」と「閉じる」を示します。3つ以上のバルブ(例えば、5つ)を用いた研究も11.3つの制御ラインと3つの?…
Discussion
多重化および複雑な実験17、18、19、20を実行するために様々なマイクロ流体装置が開発されている。例えば、トポロジカルな凹部の配列からなるマイクロウェルは、外力を使用せずに個々の細胞をトラップすることができ、小さなサンプルサイズ、並列化、低材料コスト、より速い応答、高感度<s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、チャンセン楽器(中国)株式会社の志豊成からの技術サポートを認める。この研究は助成金(中国国立自然科学財団,51927804)によって支えられました。
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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Cite This Article
Che, B., Zhu, J., Sun, D., Feng, X., Zhang, C. Generation of Dynamical Environmental Conditions using a High-Throughput Microfluidic Device. J. Vis. Exp. (170), e61735, doi:10.3791/61735 (2021).