תבניות תאים באמצעות אסטרטגיית ארכימדס מגנטי
Summary
פרוטוקול זה מתאר שיטת דפוס תאים ללא דיו, ללא תוויות, שאינה תלויה במצע ובעלת תפוקה גבוהה המבוססת על אפקט ארכימדס מגנטי.
Abstract
תבניות תאים, המאפשרות שליטה מדויקת במיקום התא, מהוות יתרון ייחודי בחקר התנהגות התא. בפרוטוקול זה מוצגת אסטרטגיית תבנית תאים המבוססת על אפקט ארכימדס מגנטי (Mag-Arch). גישה זו מאפשרת בקרה מדויקת של פיזור התאים ללא שימוש בחומרי דיו או חלקיקי תיוג. על ידי החדרת מגיב פאראמגנטי כדי לשפר את הרגישות המגנטית של מדיום תרבית התא, תאים נדחים על ידי מגנטים ומסדרים את עצמם לתבנית משלימה לערכות המגנטים הממוקמות מתחת למצע המיקרופלואידי.
במאמר זה, נהלים מפורטים עבור דפוסי תאים באמצעות אסטרטגיה מבוססת Mag-Arch מסופקים. מוצעות שיטות לעיצוב סוגי תאים בודדים, כמו גם סוגי תאים מרובים לניסויי תרבית משותפת. בנוסף, ניתנות הוראות מקיפות לייצור התקנים מיקרופלואידים המכילים תעלות לתבניות תאים. השגת תכונה זו באמצעות שיטות מקבילות היא מאתגרת אך ניתן לעשות זאת בצורה פשוטה וחסכונית. שימוש בתבניות תאים מבוססות Mag-Arch מצייד את החוקרים בכלי רב עוצמה למחקר במבחנה .
Introduction
תבניות תאים מתפתחות לטכנולוגיה אינטואיטיבית ורבת עוצמה למחקרי מבחנה 1. על ידי מניפולציה של מיקומי תאים בלוחות תרבית, הוא מספק פתרונות למגוון ניסויים, כולל נדידת תאים2, תרבית משותפת רב-תאית ביומימטית3, הרכבת אורגנואידים4, מחקרים ביו-חומריים5 ועוד. ברוב המקרים, שיטה ללא דיו וללא תוויות מועדפת לעיצוב תאים מכיוון שהיא מציעה קלות תפעול ויכולת קיום גבוהה של תאים לחקירות הבאות.
אפקט מאג-ארץ’ הוא תופעה פיזיקלית שבה עצמים דיאמגנטיים בנוזלים פאראמגנטיים נוטים לנוע לעבר אזורים בעלי שדות מגנטיים חלשים6. תאים חיים הם דיאמגנטיים באופן טבעי, בעוד שמדיה של תרבית תאים יכולה להפוך לפאראמגנטית על ידי הוספת אלמנטים פאראמגנטיים מסיסים, כגון gadopentetate dimeglumine (Gd-DTPA), המשמש בדרך כלל בעירוי תוך ורידי בדימות תהודה מגנטית גרעינית כחומר ניגוד7. כתוצאה מכך, תאים צפויים להידחות על ידי התווך הפאראמגנטי הסובב אותם ולנוע לעבר אזורים שבהם השדות המגנטיים חלשים יותר8. שדה מגנטי בתבנית יכול להיווצר בקלות באמצעות קבוצה של מגנטים ניאודימיום. באופן אידיאלי, תבניות תאים מורכבות בניגוד לתבניות המגנט. מבחינה טכנית, שיטה זו מוגדרת כשיטה ללא תוויות מכיוון שהמגיב הנוסף היחיד, Gd-DTPA, נשאר בסביבה החוץ תאית ואינו נקשר לתאים. לפיכך, ניתן להימנע בקלות מהשפעות פוטנציאליות על תרבית תאים עוקבת על ידי החלפת מדיום התרבית. בהשוואה לשיטות אחרות 1,3,9,10, האסטרטגיה המבוססת על Mag-Arch אינה דורשת רכיבי ביו-דיו או יישום של חלקיקים ספציפיים כדי לתייג באופן חיובי את התאים. יתר על כן, הוכח שהוא עובד על מצעים מרובים להידבקות תאים והוא מסוגל לעצב תאים בעלי תפוקה גבוהה4.
מאמר זה מציג פרוטוקול מפורט לתבניות תאים בשיטה המבוססת על Mag-Arch, המכסה כל דבר, החל מייצור התקנים ועד התאמת תבנית התא. בנוסף לדפוסים שהדגמנו, משתמשים יכולים ליצור בקלות תבניות תאים שונות באמצעות מגנטים ופתרון Gd-DTPA. יתר על כן, פרוטוקולים להרכבת דפוסי תרבית משותפת מורכבים ומניפולציה של תאים בשבבים מיקרופלואידים סגורים, מסופקים גם כן.
Protocol
Representative Results
Discussion
תבנית התאים מבוססת Mag-Arch מספקת פתרון ידידותי למשתמש עבור רוב המעבדות הביו-רפואיות. שיטה זו מתקדמת במקביל לתווים ללא דיו, ללא תוויות, ללא תלות במצע ויכולת תבניות 8,13 בתפוקה גבוהה. עבור תבנית תאים מסוג מונו, היא מעצבת תאים באופן של צעד אחד. ההליך מסתיים בפשטות במ…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך כספית על ידי תוכנית המו”פ הלאומית של סין (2021YFA1101100), הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (32000971), קרנות המחקר הבסיסיות לאוניברסיטאות המרכזיות (מס ‘2021FZZX001-42), וקרן המדע של ליל כוכבים של אוניברסיטת ג’ג’יאנג מכון שנגחאי ללימודים מתקדמים (מענק מס ‘. SN-ZJU-SIAS-004).
Materials
| A2780 ovarian cancer cells | Procell | CL-0013 | |
| Cell culture medium (DMEM, high glucose) | Gibco | 11995040 | |
| Cover slides | Citotest Scientific | 80340-3610 | For fabricating microfluidics. Dimension: 24 mm × 50 mm |
| DiD | MedChemExpress (MCE) | HY-D1028 | For labeling cells with red fluorescence (Ex: 640 nm) |
| DiI | MedChemExpress (MCE) | HY-D0083 | For labeling cells with orange fluorescence (Ex: 550 nm) |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Biochannel | BC-SE-FBS07 | |
| Gadopentetate dimeglumine (Gd-DTPA) | Beijing Beilu Pharmaceutical | H10860002 | |
| Gelatin | Sigma Aldrich | V900863 | |
| Glass cell slides | Citotest Scientific | 80346-2510 | Diameter: 25 mm; thickness: 0.19-0.22 mm |
| Glass plates | PURESHI hardware store | For fabricating microfluidics. Dimension: 40 mm × 75 mm | |
| Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVECs) | Servicebio | STCC12103G-1 | |
| Neodymium-iron-boron magnets (N52) | Lalaci | ||
| Non-toxic glass plate coating (Gel Slick Solution) | Lonza | 1049286 | For convenience of demolding when fabricating microfluidics |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Servicebio | G4200 | |
| Plasma cleaner | SANHOPTT | PT-2S | |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) kit | DOWSIL | SYLGARD 184 Silicone Elastomer Kit | For fabricating microfluidics |
| Polytetrafluoroethylene (PFTE) mold | PURESHI hardware store | Customized online, for fabricating microfluidics | |
| Silicon plate | PURESHI hardware store | ||
| Smooth Muscle Cells (SMC) | Procell | CL-0517 | |
| Ultrasonic cleaner | Sapeen | CSA-02 |
Referências
- Christian, J., et al. Control of cell adhesion using hydrogel patterning techniques for applications in traction force microscopy. J Vis Exp. 179, e63121 (2022).
- Abbas, Y., Turco, M. Y., Burton, G. J., Moffett, A. Investigation of human trophoblast invasion in vitro. Hum Reprod Update. 26 (4), 501-513 (2020).
- Park, M., et al. Modulation of heterotypic and homotypic cell-cell interactions via zwitterionic lipid masks. Adv Healthc Mater. 6 (15), 1700063 (2017).
- Ren, T., Chen, P., Gu, L., Ogut, M. G., Demirci, U. Soft ring-shaped cellu-robots with simultaneous locomotion in batches. Adv Mater. 32 (8), e1905713 (2020).
- Ren, T., Steiger, W., Chen, P., Ovsianikov, A., Demirci, U. Enhancing cell packing in buckyballs by acoustofluidic activation. Biofabrication. 12 (2), 025033 (2020).
- Ge, S., et al. Magnetic levitation in chemistry, materials science, and biochemistry. Angew Chem Int Ed Engl. 59 (41), 17810-17855 (2020).
- Puluca, N., et al. Levitating cells to sort the fit and the fat. Adv Biosyst. 4 (6), e1900300 (2020).
- Ren, T., et al. Programing cell assembly via ink-free, label-free magneto-archimedes based strategy. ACS Nano. 17 (13), 12072-12086 (2023).
- Li, Y. C., et al. Programmable laser-assisted surface microfabrication on a poly(vinyl alcohol)-coated glass chip with self-changing cell adhesivity for heterotypic cell patterning. ACS Appl Mater Interfaces. 7 (40), 22322-22332 (2015).
- Chliara, M. A., Elezoglou, S., Zergioti, I. Bioprinting on organ-on-chip: Development and applications. Biosensors (Basel). 12 (12), 1135 (2022).
- Moncal, K. K., Yaman, S., Durmus, N. G. Levitational 3D bioassembly and density-based spatial coding of levitoids. Adv Funct Mater. 32 (50), 2204092 (2022).
- Parfenov, V. A., et al. Magnetic levitational bioassembly of 3D tissue construct in space. Sci Adv. 6 (29), eaba4174 (2020).
- Dell, A. C., Wagner, G., Own, J., Geibel, J. P. 3D bioprinting using hydrogels: Cell inks and tissue engineering applications. Pharmaceutics. 14 (12), 2596 (2022).
- Ino, K., Ito, A., Honda, H. Cell patterning using magnetite nanoparticles and magnetic force. Biotechnol Bioeng. 97 (5), 1309-1317 (2007).
- Okochi, M., Matsumura, T., Honda, H. Magnetic force-based cell patterning for evaluation of the effect of stromal fibroblasts on invasive capacity in 3d cultures. Biosens Bioelectron. 42, 300-307 (2013).
- Mishriki, S., et al. Rapid magnetic 3D printing of cellular structures with mcf-7 cell inks. Research (Wash D C). 2019, 9854593 (2019).
- Ozturk-Oncel, M. O., Leal-Martinez, B. H., Monteiro, R. F., Gomes, M. E., Domingues, R. M. A. A dive into the bath: Embedded 3D bioprinting of freeform in vitro models. Biomater Sci. 11, 5462-5473 (2023).
- Sahni, G., Yuan, J., Toh, Y. C. Stencil micropatterning of human pluripotent stem cells for probing spatial organization of differentiation fates. J Vis Exp. 112, e54097 (2016).
- Joddar, B., et al. Engineering approaches for cardiac organoid formation and their characterization. Transl Res. 250, 46-67 (2022).
