Sürekli Akış Microspotter kullanma Modifiye yüzeye hücrelerin Batık Baskı
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
Ilaç endüstrisinde son gelişmeler, ilaç tarama ve cytotoxicological analiz 1,2,3 için ilaç keşfi sürecinde hücresel mikrodiziler kullanarak artan ilgi yol açmıştır. Hücre mikrodizileri kullanılarak in vitro yüksek verimli tarama deneyleri ve yöntemlerinin geliştirilmesi, hızlı ve düşük maliyetli bir ilaç adaylarının gelişimi hem de önceden hücrenin 1,4 temel anlayışı kolaylaştıracaktır. Hücreleri ile tarama için geleneksel yaklaşım, geleneksel iyi-plaka platformları kullanır; Ancak bu yaklaşım nedeniyle yüksek maliyet, sınırlı verim ve hücre fonksiyonu 1,5 nicel bilgi için sınırlı yeteneği sınırlıdır. Bu sınırlamalar nedeniyle, hücresel mikroarray teknolojileri araştırma moleküler biyolojik karakterizasyonu, doku mühendisliği ve ilaç tarama 1,6 için gelişen edilir. Hücresel microarrays avantajları küçük bir örnek kullanımı, minimal etkilerini içerirhücresel fenotip heterojenite bilgi maskeleme ve daha yüksek hacimli uygulamalar 1,7,8 için tahliller otomatikleştirmek için en önemlisi yetenek.
Farmasötik sanayi şu anda mikrotiter yuvalı plakalar 9 ilaç taraması için 2B hücre tek-tabakalı kültürler ile yüksek yayılmalı hücre bazlı bir tarama tahlilleri kullanır. Mikrotitre plakalara çoğullama hücreleri özgün deney seçenekleri ile daha yüksek verim için potansiyel sunmaktadır. Bundan başka, hücre mikrodizilerinde mevcut teknolojiler, hücreler, in vivo önemli ölçüde 10,11 gelen hücrelerin fenotipinin değiştirebilir ki kurumaya bırakın. Bu sorunların üstesinden gelmek için, MFCA tasarlanmış ve Şekil 1 'de gösterilmiştir. MFCA 3D akışkansal tasarımı bir banyoya daldırılır ve bir yalıtım oluşturmak için bir yüzeye karşı sıkıştırılmak üzere, Şekil 1' deki baskı kafası ucu sağlar. Kafasının yumuşak silikon ucu gibi davranırConta ve geri dönüşümlü bir mühür oluşturur. MFCA teknolojisi, özellikle, hücre kültürleri, doku dilim sistemler için gerekli olan batık yüzeyleri ile arabirim oluşturmak için uygun, ve diğer yaklaşımlar ile zor veya imkansız olur. Pimleri veya mürekkep püskürtmeli baskı çalışmaz, ve 2D mikroakışkan cihazlar birikimi veya ayrık noktalar büyük diziler ile arabirim için uygun değildir. Bundan başka, deney minyatürleştirme ve lokalize ile – hücresel mikro-dizi – MFCA, yüksek yayılmalı hücre bazlı tarama deneyleri ile ilgili önemli problemlerin üstesinden gelmektedir.
CFM bir yüzey 12,13 mikroskobik nokta yerlerine bisikletle küçük hacimli sıvı örneklerinin 3D kanal ağlarını kullanır. Akış ile baskı ile, biyomoleküller, hücreler ve diğer reaktifler, mevcut hücre baskı teknikleri engellemektedir hava, maruz kalmadan hassas biyomoleküllerin ve hücrelerin baskı sağlayan, baskı işlemi boyunca sıvı bir ortamda muhafaza edilir. Bu dizi yüzeyde bir yakalama mekanizması vardır örneğin, hibridoma süpernatanları ya da sağlanan gibi ham malzeme doğrudan baskı için de mümkündür. Bu yazının amacı, bir yüzey üzerine ayrıntılı olarak, iki hücre tiplerinin batık baskı açıklamaktır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada anlatılan 3D mikroakışkan baskı teknolojisi, iyi doldurulmuş bir sıvının içine hücre microfluidically baskı dizilerin benzersiz yeteneğine sahip bir batık yüzeyini yani. Batık yüzeyleri üzerine baskı ile, hücre mikroarray'ler hücrelerin fizyolojik olarak ilgili hücre fenotipi hem de tek bir iyi Şekil 4'ün alt hücreleri multiplex yeteneğini korumak üretilebilir. Microfluidically hücreleri sonuçlar baskı Bu çalışmanın sonuçları, karşılaştırıl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, teknik yardım için Chris Morrow kabul etmek istiyorum. Finansman NIH SBIR (R43) tarafından sağlanan 1R43GM101859-01 (MPİ) GRANT10940803 vermek.
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 |
References
- Fernandes, T. G., Diogo, M. M., Clark, D. S., Dordick, J. S., Cabral, J. High-throughput cellular microarray platforms: applications in drug discovery, toxicology and stem cell research. Trends in Biotechnology. 27, 342-349 (2009).
- Michelini, E., Cevenini, L., Mezzanotte, L., Coppa, A., Roda, A. Cell-based assays: fuelling drug discovery. Anal Bioanal Chem. 398, 227-238 (2010).
- Gao, D., et al. Recent developments in microfluidic devices for in vitro cell culture for cell-biology research. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 35, 150-164 (2012).
- Geysen, H. M., Schoenen, F., Wagner, D., Wagner, R. Combinatorial compound libraries for drug discovery: an ongoing challenge. Nature Reviews Drug Discovery. 2, 222-230 (2003).
- Xu, Y., Shi, Y., Ding, S. A chemical approach to stem-cell biology and regenerative medicine. Nature. 453, 338-344 (2008).
- Khademhosseini, A., Langer, R., Borenstein, J., Vacanti, J. P. Microscale technologies for tissue engineering and biology. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103, 2480-2487 (2006).
- Bhadriraju, K., Chen, C. S. Engineering cellular microenvironments to improve cell-based drug testing. Drug Discovery Today. 7, 612-620 (2002).
- Castel, D., Pitaval, A., Debily, M. -. A., Gidrol, X. Cell microarrays in drug discovery. Drug Discov. Today. 11, 616-622 (2006).
- Tsui, J. H., Lee, W., Pun, S. H., Kim, J., Kim, D. -. H. Microfluidics-assisted in vitro drug screening and carrier production. Advanced Drug Delivery Reviews. , (2013).
- Gottwald, E., et al. A chip-based platform for the in vitro generation of tissues in three-dimensional organization. Lab on a Chip. 7, 777-785 (2007).
- Liu, R., Lee, A. P. . Integrated Biochips for DNA Analysis. , (2008).
- Natarajan, S., et al. Continuous-flow microfluidic printing of proteins for array-based applications including surface plasmon resonance imaging. Analytical Biochemistry. 373, 141-146 (2008).
- Natarajan, S., Hatch, A., Myszka, D. G., Gale, B. K. Optimal Conditions for Protein Array Deposition Using Continuous Flow. Anal. Chem. 80, 8561-8567 (2008).
- Keighley, W. The need for high throughput kinetics early in the drug discovery process. , (2011).
- Xu, F., et al. A three-dimensional in vitro ovarian cancer coculture model using a high-throughput cell patterning platform. Biotechnol J. 6, 204-212 (2011).
- Tuckwell, D. S., Weston, S. A., Humphries, M. J. Integrins: a review of their structure and mechanisms of ligand binding. Symposia of the Society for Experimental Biology. 47, 107 (1993).
- Roberts, C., et al. Using mixed self-assembled monolayers presenting RGD and (EG) 3OH groups to characterize long-term attachment of bovine capillary endothelial cells to surfaces. Journal of the American Chemical Society. 120, 6548-6555 (1998).
- Chandra, R. A., Douglas, E. S., Mathies, R. A., Bertozzi, C. R., Francis, M. B. Programmable cell adhesion encoded by DNA hybridization. Angewandte Chemie. 118, 910-915 (2006).
- Hsiao, S. C., et al. Direct cell surface modification with DNA for the capture of primary cells and the investigation of myotube formation on defined patterns. Langmuir. 25, 6985-6991 (2009).
- Black, C. B., Duensing, T. D., Trinkle, L. S., Dunlay, R. T. Cell-Based Screening Using High-Throughput Flow Cytometry. ASSAY and Drug Development Technologies. 9, 13-20 (2011).
- Derby, B. Bioprinting: inkjet printing proteins and hybrid cell-containing materials and structures. J. Mater. Chem. 18, 5717-5721 (2008).
- Onoe, H., et al. Cellular Microfabrication: Observing Intercellular Interactions Using Lithographically-Defined DNA Capture Sequences. Langmuir. 28, 8120-8126 (2012).
- Hsiao, S. C., et al. DNA-Coated AFM Cantilevers for the Investigation of Cell Adhesion and the Patterning of Live Cells. Angewandte Chemie International Edition. 47, 8473-8477 (2008).
