Generación de condiciones ambientales dinámicas utilizando un dispositivo microfluídico de alto rendimiento
Summary
Presentamos un sistema microfluídico para estudios de alto rendimiento en maquinaria de vida compleja, que consta de 1500 unidades de cultivo, una gama de bombas peristálticas mejoradas y un módulo de mezcla in situ. El chip microfluídico permite el análisis de las condiciones microambientales altamente complejas y dinámicas in vivo.
Abstract
Imitar condiciones ambientales in vivo es crucial para estudios in vitro sobre maquinaria de vida compleja. Sin embargo, las técnicas actuales dirigidas a células y órganos vivos son altamente costosas, como la robótica, o carecen de volumen de nanolitro y precisión de tiempo de milisegundos en la manipulación de líquidos. Aquí presentamos el diseño y la fabricación de un sistema microfluídico, que consta de 1.500 unidades de cultivo, una gama de bombas peristálticas mejoradas y un módulo de mezcla in situ. Para demostrar las capacidades del dispositivo microfluídico, las esferas de células madre neuronales (NSC) se mantienen en el sistema propuesto. Observamos que cuando la esfera NSC está expuesta a CXCL en el día 1 y EGF en el día 2, la conformación en forma redonda está bien mantenida. La variación en el orden de entrada de 6 fármacos causa cambios morfológicos en la esfera NSC y el marcador representativo del nivel de expresión para la tallo de NSC (es decir, Hes5 y Dcx). Estos resultados indican que las condiciones ambientales dinámicas y complejas tienen grandes efectos en la diferenciación y la autorre renovación del NSC, y el dispositivo microfluídico propuesto es una plataforma adecuada para estudios de alto rendimiento en la compleja maquinaria de vida.
Introduction
Las técnicas de alto rendimiento son cruciales para los estudios biomédicos y clínicos. Al realizar paralelamente millones de pruebas químicas, genéticas o de células vivas y organoides, los investigadores pueden identificar rápidamente genes que modulan una vía bio-molecular y personalizar la entrada secuencial de fármacos a sus necesidades específicas. La robótica1 y los chips microfluídicos en combinación con un programa de control de dispositivos permiten automatizar procedimientos experimentales complejos, cubriendo la manipulación celular/tisular, manipulación de líquidos, imágenes y procesamiento/control de datos2,3. Por lo tanto, cientos y miles de condiciones experimentales se pueden mantener en un solo chip, de acuerdo con el rendimiento deseado4,5.
En este protocolo, describimos el procedimiento de diseño y fabricación de un dispositivo microfluídico, que consta de 1500 unidades de cultivo, una gama de bombas peristálticas mejoradas y módulo de mezcla in situ. La cámara de cultivo celular de 2 niveles previene la cizalla innecesaria durante el intercambio medio, lo que garantiza un entorno cultural inalterado para las imágenes de células vivas a largo plazo. Los estudios demuestran que el dispositivo microfluídico propuesto es una plataforma adecuada para estudios de alto rendimiento sobre la compleja maquinaria de vida. Además, las características avanzadas del chip microfluídico permiten la reconstitución automatizada de condiciones microambientales altamente complejas y dinámicas in vivo, como las composiciones de citoquinas y ligandos siempre intercambiadas6,7,la finalización de las cuales toma meses para plataformas convencionales como la placa de 96 pozos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Se han desarrollado varios dispositivos microfluídicos para realizar experimentos multiplexados y complejos17,18,19,20. Por ejemplo, los micropos hechos de una matriz de recovecos topológicos pueden atrapar células individuales sin el uso de fuerza externa, mostrando caracteres ventajosos incluyendo pequeño tamaño de muestra, paralelización, menor costo de material, respuesta más rápida…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores reconocen el apoyo técnico de Zhifeng Cheng de Chansn Instrument (China) LTD. Este trabajo fue apoyado por subvenciones (Fundación Nacional de Ciencias Naturales de 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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