L'impression submergé de cellules sur une surface modifiée à l'aide d'un flux continu 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
Les progrès récents dans l'industrie pharmaceutique ont conduit à un intérêt accru pour l'aide puces cellulaires dans le processus de découverte de médicaments pour le dépistage des drogues et de l'analyse cytotoxicological 1,2,3. Le développement de tests in vitro à haut débit et les méthodes de dépistage à l'aide de puces à cellules devrait faciliter le développement rapide et rentable de candidats-médicaments ainsi que l'avance la compréhension fondamentale de la cellule 1,4. L'approche traditionnelle de dépistage avec des cellules utilise des plates-formes et de plaques conventionnelles; Cependant cette approche est limitée en raison du coût élevé, le débit limité, et la capacité limitée d'informations quantitatives sur la fonction des cellules 1,5. En raison de ces limitations, la recherche dans les technologies de puces à ADN cellulaire est en plein essor pour la caractérisation moléculaire biologique, l'ingénierie tissulaire, et le dépistage de drogue 1,6. Les avantages de puces cellulaires comprennent l'utilisation réduite de l'échantillon, des effets minimes dephénotype cellulaire hétérogénéité masquage des informations, et surtout la possibilité d'automatiser des tests pour d'autres applications à haut débit 1,7,8.
L'industrie pharmaceutique utilise actuellement à haut débit des essais de criblage à base de cellules avec 2D cultures monocouches de cellules pour le criblage de médicaments dans des plaques de microtitration 9. Cellules de multiplexage dans les puits de plaques de microtitration offre la possibilité pour un débit plus élevé avec des options d'expérimentation uniques. En outre, les technologies actuelles de microarrays cellulaires permettent de sécher les cellules, qui pourrait modifier radicalement le phénotype des cellules in vivo à partir de 10,11. Afin de surmonter ces problèmes, le MFCA a été conçu et est représenté sur la figure 1. La conception de la fluidique MFCA 3D permet à la pointe de la tête d'impression sur la figure 1 pour être descendu dans un bain et comprimé contre une surface pour former un joint. La pointe en silicone souple de la tête d'impression se comporte comme unjoint d'étanchéité et forme un joint réversible. La technologie MFCA est particulièrement bien adapté pour l'interface avec les surfaces immergées, qui est nécessaire à la fois pour les cultures de cellules et des systèmes de découpe du tissu, et il est difficile, voire impossible, avec la plupart des autres approches. Pins ou l'impression à jet d'encre ne fonctionnera pas, et des dispositifs microfluidiques 2D ne sont pas adaptés pour le dépôt ou l'interfaçage avec les grands réseaux de points discrets. En outre, par la miniaturisation et la localisation de l'expérience – la puce à ADN cellulaire – la MFCA surmonte les problèmes majeurs associés à haut débit avec des essais de criblage à base de cellules.
Le CFM utilise des réseaux de canaux 3D à vélo de petits échantillons de fluide de volume sur les emplacements ponctuels microscopiques sur une surface 12,13. En imprimant avec écoulement, des biomolécules, des cellules, et d'autres réactifs sont maintenus dans un milieu liquide pendant tout le processus d'impression, ce qui permet l'impression des biomolécules et des cellules sensibles sans exposition à l'air, ce qui empêche les techniques d'impression actuelles de la cellule. Il est également possible d'imprimer directement à partir d'un matériau brut comme hybridome ou surnageants fournis il ya un mécanisme de capture sur la surface du tableau. L'objectif de ce manuscrit est d'expliquer en détail l'impression submergé de deux types de cellules sur une surface.
Protocol
Representative Results
Discussion
La technologie d'impression 3D microfluidique décrit ici est le seul à pouvoir impression microfluidically réseaux de cellules dans un liquide bien remplie, c'est à dire une surface immergée. En imprimant sur les surfaces immergées, puces à cellules peuvent être produites qui maintiennent le phénotype cellulaire physiologiquement pertinente de cellules ainsi que la possibilité de multiplexer les cellules dans le fond d'un puits unique figure 4. Les résultats de cett…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier Chris Morrow pour l'assistance technique. Le financement a été fourni par le NIH SBIR (R43) accordent 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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