La impresión Sumergido de células sobre una superficie modificada utilizando un flujo continuo Microspotter
Summary
This 3D microfluidic printing technology prints arrays of cells onto submerged surfaces. We describe how arrays of cells are delivered microfluidically in 3D flow cells onto submerged surfaces. By printing onto submerged surfaces, cell microarrays were produced that allow for drug screening and cytotoxicity assessment in a multitude of areas.
Abstract
The printing of cells for microarray applications possesses significant challenges including the problem of maintaining physiologically relevant cell phenotype after printing, poor organization and distribution of desired cells, and the inability to deliver drugs and/or nutrients to targeted areas in the array. Our 3D microfluidic printing technology is uniquely capable of sealing and printing arrays of cells onto submerged surfaces in an automated and multiplexed manner. The design of the microfluidic cell array (MFCA) 3D fluidics enables the printhead tip to be lowered into a liquid-filled well or dish and compressed against a surface to form a seal. The soft silicone tip of the printhead behaves like a gasket and is able to form a reversible seal by applying pressure or backing away. Other cells printing technologies such as pin or ink-jet printers are unable to print in submerged applications. Submerged surface printing is essential to maintain phenotypes of cells and to monitor these cells on a surface without disturbing the material surface characteristics. By printing onto submerged surfaces, cell microarrays are produced that allow for drug screening and cytotoxicity assessment in a multitude of areas including cancer, diabetes, inflammation, infections, and cardiovascular disease.
Introduction
Los avances recientes en la industria farmacéutica han conducido a un mayor interés en el uso de microarrays de celulares en el proceso de descubrimiento de fármacos para la detección de drogas y análisis cytotoxicological 1,2,3. El desarrollo de los ensayos in vitro de alto rendimiento y los métodos de detección utilizando microarrays de células facilitaría el desarrollo rápido y rentable de los candidatos de la droga, así como en el avance de la comprensión fundamental de la célula de 1,4. El enfoque tradicional para el cribado con células utiliza plataformas de placa de pocillos convencionales; Sin embargo este enfoque es limitado debido al alto costo, rendimiento limitado, y la capacidad limitada para obtener información cuantitativa sobre la función celular 1,5. Debido a estas limitaciones, la investigación en las tecnologías de microarrays celular está creciendo para la caracterización molecular biológica, la ingeniería de tejidos, y la detección de drogas 1,6. Las ventajas de los microarrays de celulares incluyen el uso de la muestra más pequeña, efectos mínimos deheterogeneidad fenotipo celular enmascarar la información, y lo más importante la capacidad de automatizar los ensayos para más aplicaciones de alto rendimiento 1,7,8.
La industria farmacéutica utiliza actualmente ensayos de cribado basados en células de alto rendimiento con cultivos monocapa de células 2D para la detección de drogas en placas de pocillos de microtitulación 9. Células de multiplexación en pocillos de placas de microtitulación ofrece el potencial para un mayor rendimiento con opciones de experimentación únicas. Además, las tecnologías actuales para microarrays de celulares permiten que las células se sequen que podría alterar dramáticamente el fenotipo de las células in vivo a partir de 10,11. Con el fin de superar estos problemas, el ACFM se ha diseñado y se muestra en la Figura 1. El diseño de los fluidos MFCA 3D permite a la punta del cabezal de impresión en la Figura 1 para ser rebajado en un baño y se comprime contra una superficie para formar un sello. La punta de silicona suave de la cabeza de impresión se comporta como unjunta y forma un sello reversible. La tecnología ACFM es adecuado de forma única para interactuar con las superficies sumergidas, que se requiere para ambos cultivos celulares y sistemas de corte de tejido, y es difícil o imposible con la mayoría de otros enfoques. Alfileres o impresión por chorro de tinta no va a funcionar, y los dispositivos de microfluidos en 2D no son adecuados para la deposición o la interconexión con grandes conjuntos de puntos discretos. Además, por la miniaturización y la localización de la experimento – el microarray celular – la ACFM supera los principales problemas asociados con ensayos de cribado basados en células de alto rendimiento.
El CFM utiliza redes de canal 3D para pequeñas muestras de fluido de volumen de ciclo más de los lugares críticos microscópicos en una superficie de 12,13. Al imprimir con flujo, biomoléculas, células, y otros reactivos se mantienen en un medio líquido durante todo el proceso de impresión, lo que permite la impresión de biomoléculas y células sensibles y sin exposición al aire, lo que dificulta las técnicas de impresión celda actual. También es posible imprimir directamente de material en bruto como hibridoma o sobrenadantes cumpliendo con un mecanismo de captura sobre la superficie de la matriz. El objetivo de este manuscrito es explicar en detalle la impresión sumergida de dos tipos de células sobre una superficie.
Protocol
Representative Results
Discussion
La tecnología de impresión 3D de microfluidos se describe aquí es el único capaz de microfluidically matrices de impresión de las células en un líquido lleno de bien, es decir, una superficie sumergida. Por la impresión sobre superficies sumergidas, de células microarrays se pueden producir que mantienen el fenotipo celular fisiológicamente relevante de las células, así como la capacidad de multiplexar las células en el fondo de un solo pozo Figura 4. Los resultados de este estudio…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer a Chris Morrow para la asistencia técnica. La financiación fue proporcionada por NIH SBIR (R43) conceder 1R43GM101859-01 (MPI) GRANT10940803.
Materials
| Continuous Flow Microspotter | Wasatch Microfluidics | ||
| NIH/3T3 cells | ATCC | CRL-1658 | |
| Dubbleco's Modified Eagle Medium | Invitrogen | 11965-092 | base media for cells |
| HEPES buffer | Invitrogen | 15630-080 | cell media additive (control pH) |
| Sodium pyruvate | Invitrogen | 11360-070 | cell media additive |
| Penicillin-Streptomycin | Invitrogen | cell media additive | |
| Trypan blue | Invitrogen | 15250-061 | stain cell sfor counting |
| Haemocytometer | Fisher | 267110 | cell chamber to count cells |
| Nikon Eclipse TS100 | Nikon | Used to check on cells | |
| Nikon Eclipse TE2000-U | Nikon | Used for collecting images | |
| Phosphate Buffered Saline (with calcium and magnesium) | Invitrogen | 14040-133 | rinsing cells before passaging and before staining with PI |
| TrypLE Express | Invitrogen | A12177-01 | used to remove cells from surface |
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