Cellodlingsplattor som är i daglig användning inom biologi kan effektivt omvandlas till mikrofluidiska enheter, öppna banor för biologer för att minimera cellbaserade arbetsflöden. I en ny rapport, Ph.D. forskaren Cristian Soitu och medarbetare vid avdelningarna för ingenjörsvetenskap och patologi vid University of Oxford, Oxford, STORBRITANNIEN., beskrev en enkel metod för att skapa mikrofluidiska arrangemang runt celler. I studien, cellerna växte redan på vanliga petriskålsytor, när forskarna använde gränssnittet mellan de icke -blandbara vätskemedierna i behållaren som byggmaterial.

De omformade de konventionella cellodlingsskålarna till sofistikerade mikrofluidiska enheter på begäran genom att omforma vätskestrukturer runt levande celler. Soitu beskriver den nya vätskeformningstekniken byggd av hans forskargrupp som "vätskestrukturer för de celler med rädsla för engagemang när de väljer ett hem - de kan lätt tas bort och nya (med en annan geometri) byggas på plats." Forskningen publiceras nu på Vetenskapens framsteg

Forskarna demonstrerade metoden med hjälp av arbetsflöden som involverar cellkloning; selektiv kloning av en specifik klon från bland annat en skål; läkemedelsbehandlingar; och sårläkning. Forskningsarbetet visade ett mångsidigt tillvägagångssätt, kopplat till biologiskt vänliga funktioner för att främja mikrofluidik -tekniken bland biologer. Mikrofluidikbaserade metoder har vunnit popularitet i många arbetsflöden, även om deras upptag i vanlig biologi förblir långsamt på grund av en mängd olika bidragande orsaker, Inklusive:

1. Materialinkompatibilitet för celltillväxt
2. Mikrofluidiska arkitekturer som är inneslutna och otillgängliga
3. Förutbestämda geometrier som inte kan omkonfigureras under experiment - vilket orsakar tillverkningskostnader och drift
4. Arbetsflöden utformade av ingenjörer som inte anpassar sig till redan existerande tekniker som utvecklats av biologer.

Förr, forskare skapade 3D-konstruktioner med vätskeväggar i nanoskala, även om deras biokompatibilitet återstår att bedöma. I det nuvarande arbetet, därför, Soitu et al. utvecklat en metod för att göra matriser av isolerade mikrofluidkammare på jungfruliga petriskålar för att rymma stora arbetsflöden inom cellbiologi. Möjliga exempel inkluderar cellmatning och överföring, kloning, kryokonservering, fixering och immunmärkning, cellys och omvänd transkriptionspolymeraskedjereaktion (RT-PCR) och CRISPR-Cas9 genredigering. I tidigare experiment med sådana arbetsflöden lade forskare till cellerna efter tillverkning av mikrofluidik.

I det nuvarande arbetet, forskarna skapade en mängd olika mikrofluidiska arrangemang på vanliga petriskålar som innehåller vidhäftande celler och omkonfigurerade dem i realtid. De isolerade och hämtade cellkloner för att utföra proof-of-concept drogtester och sårläkningsanalyser och introducerade den nya tekniken för att skapa och omkonfigurera mikrofluidiska kretsar på petriskålar medan cellerna växte och delade sig, med många potentiella tillämpningar inom mainstream biologi.

Den nya tekniken och proof-of-concept-experimenten

I de experiment som följde, forskarna täckte först botten av en petriskål med vävnadsodlingsmedium och tog bort det mesta av mediet för att bilda en tunn film som täcker polystyrensubstratet. De täckte den tunna filmen med ett oblandbart fluorkolväte (FC40) för att förhindra avdunstning och som en barriär mot externa föroreningar för att bibehålla steriliteten hos mediet. Använd sedan en teflon -spets, forskarna kontaktade botten av skålen, ersätta vattenfasen för att bilda mikrofluidiska arrangemang i form av intresse - i detta fall, en ruta. Med hjälp av tekniken, forskarna förde den öppna mikrofluidiska plattformens fördelar till vanliga cellodlingsprodukter.

Soitu et al. formade vattenfasen för att skapa ett rutnät med små volymer vätska som tidigare demonstrerats av samma team, och betraktade dem med selektiva färgämnen i selektiva kammare. Till exempel, perifera kammare fick ett blått färgämne (bildar en blå kvadrat) och de i det inre bildade ordet "OXFORD".

Forskarna "tryckte ut" en cirkel i en triangel i en kvadrat och använde mikroliter av tre färgämnen för att se de tre formerna separat; där FC40 hindrade färgämnena från att blandas. Resultaten visade förmåga att bygga och förstöra FC40-väggar för att effektivt begränsa vätskorna i önskad 2-D-form.

Efter de preliminära proof-of-concept-resultaten, Soitu et al. genererade uppsättningar av kammare för att rekapitulera kloningen av tumörceller från musbröst (NM18), som de ursprungligen skapade rutnät för, följt av celladdition därefter. Forskarna tillät först cellerna att växa fritt omgivna av FC40 -väggen som är genomsläpplig för båda O ₂ och CO ₂ , och sedan genom att odla enstaka celler till kloner innan de omger dem med vätskeväggar av olika former.

De visade att vätskeväggar med olika 2-D-fotavtryck enkelt kunde byggas runt levande celler, så länge som kolonierna förblev isolerade från varandra under efterföljande behandling eller hämtning. Tidigare studier som växte celler inom begränsade, förmönstrade ytor krävde ytbehandling före cellvidhäftning - vilket bidrog till det anmärkningsvärda undantaget i föreliggande teknik.

Applikationer inom klonplockning och drogtester

I nästa steg, forskarna skapade en referensplatta på vilken de placerade en skål med levande cellkolonier av intresse för att isolera cellkloner av intresse från andra genom att trycka vätskeväggar runt dem. På isolering, de kunde välja kolonierna, återvinna cellerna och odla dem på konventionellt sätt för att föröka sig som förväntat. Eftersom vätskeväggarna effektivt kunde begränsa vätskorna, Soitu et al. testade deras effektivitet genom att lägga till puromycin – en liten molekylöversättarhämmare som dödar däggdjursceller.

I experimentuppställningen för läkemedelsscreening, de tillät centralkammaren att ta emot tillväxtmedium ensam, medan läkemedlet levererades till de omgivande kamrarna i en hög dödlig dos, för att visa effekten av FC40 -separation när endast cellinjerna i den centrala kammaren överlevde. I ett andra exempel, Soitu et al. utnyttjade egenskapen hos en mänsklig embryonisk njurcellinje genetiskt modifierad för att koda en grön fluorescerande promotorgen. Som slog på i närvaro av tumörnekrosfaktor-α för att fluorescera grönt. Vätskeväggarna bildade effektiva barriärer mot läkemedelsexponering, verifiera teknikens läkemedelsscreeningspotential.

Tillämpningar vid sårläkning

De genomförde också proof-of-principe sårläkningsanalyser genom att använda en enda skål belagd på två olika sätt, för att övervaka två sårläkningstillstånd. För detta, forskarna använde Matrigel - ett gelatinöst protein som utsöndras av sarkomceller och fibronektin - ett glykoprotein i den extracellulära matrisen som förbättrade sårläkning. De lade till HEK-celler som bildade ett monolager i skålarna och skapade ett "sår" genom att dra Teflon-spetsen över monolagret när celler migrerade in i såren i något olika hastigheter. Även om i detta arbetsflöde Soitu et al. ytbelagd ytan innan du pläterar celler, de kan också modifiera beläggningstekniken för dess tillsats efter att cellerna börjat migrera in i de nybildade såren för att främja läkning.

På det här sättet, Cristian Soitu och medarbetare utvecklade en flexibel, mikrofluidisk plattform för att minimera arbetsflöden inom cellbiologi. De utökade tekniken i det föreliggande arbetet för att bilda mikrofluidiska arrangemang runt förpläterade vidhäftande celler följt av en mängd olika principer för analys av cellkloning, läkemedelsscreening och sårläkning. Plattformen har många fördelar och kan ersätta det konventionella läget för förkonstruerade mikrofluidiska enheter som ett flexibelt och anpassningsbart alternativ. De nya mikrofluidarrangemangen är kostnadseffektiva och bidrar till sparsam vetenskap och kan konfigureras om i realtid under ett experiment för ökad mångsidighet. Forskarna noterar teknikens begränsningar, inklusive 2-D-begränsade arrangemang och bräckligheten hos vätskeväggar jämfört med fasta väggar. Soitu et al. hoppas kunna optimera och kombinera dessa funktioner och fördelar för att ge en ny plattform för vanliga biologer att utforska kraften i mikrofluidik.

© 2019 Science X Network