Summary

Geração de Condições Ambientais Dinâmicas usando um dispositivo microfluido de alto rendimento

Published: April 17, 2021
doi:

Summary

Apresentamos um sistema microfluido para estudos de alto rendimento em máquinas de vida complexas, que consiste em 1500 unidades culturais, uma matriz de bombas peristálticas aprimoradas e um módulo de mistura no local. O chip microfluido permite a análise das condições microambientais altamente complexas e dinâmicas in vivo.

Abstract

Imitar condições ambientais in vivo é crucial para estudos in vitro sobre máquinas de vida complexas. No entanto, as técnicas atuais voltadas para células e órgãos vivos são altamente caras, como a robótica, ou não têm volume de nanoliter e precisão de tempo de milissegundos na manipulação líquida. Nós apresentamos aqui o design e a fabricação de um sistema microfluido, que consiste em 1.500 unidades culturais, uma matriz de bombas peristálticas aprimoradas e um módulo de mistura no local. Para demonstrar as capacidades do dispositivo microfluido, as esferas de células-tronco neurais (NSC) são mantidas no sistema proposto. Observamos que quando a esfera NSC é exposta à CXCL no primeiro dia e eGF no dia 2, a conformação em forma redonda é bem mantida. A variação na ordem de entrada de 6 medicamentos causa alterações morfológicas na esfera NSC e no marcador representativo do nível de expressão para a hasteza NSC (ou seja, Hes5 e Dcx). Esses resultados indicam que as condições ambientais dinâmicas e complexas têm grandes efeitos na diferenciação e autoconexão do NSC, e o dispositivo microfluido proposto é uma plataforma adequada para estudos de alto rendimento sobre as máquinas de vida complexa.

Introduction

Técnicas de alto rendimento são cruciais para estudos biomédicos e clínicos. Ao conduzir paralelamente milhões de testes químicos, genéticos ou de células vivas e organoides, os pesquisadores podem identificar rapidamente genes que modulam uma via bio molecular e personalizar a entrada de drogas sequenciais às necessidades específicas. Os chips robóticos1 e microfluidic em combinação com um programa de controle de dispositivos permitem que procedimentos experimentais complexos sejam automatizados, abrangendo manipulação celular/tecido, manuseio líquido, imagem e processamento/controle de dados2,3. Portanto, centenas e milhares de condições experimentais podem ser mantidas em um único chip, de acordo com o rendimento desejado4,5.

Neste protocolo, descrevemos o procedimento de design e fabricação de um dispositivo microfluido, que consiste em 1500 unidades culturais, uma matriz de bombas peristálticas aprimoradas e módulos de mistura no local. A câmara de cultura celular de 2 níveis previne uma tesoura desnecessária durante a troca média, o que garante um ambiente cultural não perturbado para imagens de células vivas de longo prazo. Os estudos demonstram que o dispositivo microfluido proposto é uma plataforma adequada para estudos de alto rendimento sobre as complexas máquinas de vida. Além disso, as características avançadas do chip microfluido permitem a reconstituição automatizada de condições microambientais altamente complexas e dinâmicas in vivo, como as composições de citocinas e ligantes em troca6,7,a conclusão das quais leva meses para plataformas convencionais como placa de 96 poços.

Protocol

1. Design de chips microfluidos Projete o multiplexer microfluido composto por 18 entradas, cada uma controlada por uma válvula individual e uma bomba peristáltica. Para aumentar o volume líquido impulsionado por um ciclo de bombeamento, faça com que a bomba peristáltica seja composta por 3 canais de controle, que foram propositalmente ampliados para 200 μm, e 10 linhas de fluxo conectadas. Projete a câmara de cultura sem tesouras. A replicação da unidade de cultura de 2 níveis é composta p…

Representative Results

A bomba peristáltica convencional foi descrita pela primeira vez por Stephen Quake em 2000, usando a qual a peristalse foi acionada pelo padrão 101, 100, 110, 010, 011, 001 8,10. Os números 0 e 1 indicam “abrir” e “fechar” as 3 linhas de controle horizontal. Estudos com mais de 3 válvulas (por exemplo, cinco) também foram relatados11. Embora a bomba peristáltica composta por 3 linhas de controle e 3 linhas de fluxo forneça precisão…

Discussion

Vários dispositivos microfluidos foram desenvolvidos para realizar experimentos multiplexados e complexos17,18,19,20. Por exemplo, microwells feitas de uma matriz de recessos topológicos podem prender células individuais sem o uso de força externa, mostrando caracteres vantajosos, incluindo pequeno tamanho amostral, paraleloização, menor custo de material, resposta mais rápida, alta sens…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Os autores reconhecem o apoio técnico de Zhifeng Cheng da Chansn Instrument (China) LTD. Este trabalho foi apoiado por bolsas (Fundação Nacional de Ciência Natural da 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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Che, B., Zhu, J., Sun, D., Feng, X., Zhang, C. Generation of Dynamical Environmental Conditions using a High-Throughput Microfluidic Device. J. Vis. Exp. (170), e61735, doi:10.3791/61735 (2021).

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