使用磁阿基米德策略的细胞图案化

摘要

该协议描述了一种基于磁阿基米德效应的无墨水、无标记、独立于基板、高通量细胞图案化的方法。

摘要

细胞图案化可以精确控制细胞定位，在细胞行为研究中具有独特的优势。在该协议中，引入了一种基于磁阿基米德（Mag-Arch）效应的细胞图案化策略。这种方法可以在不使用油墨材料或标记颗粒的情况下精确控制细胞分布。通过引入顺磁性试剂来增强细胞培养基的磁化率，细胞被磁铁排斥，并排列成与位于微流体基板下方的磁铁组互补的图案。

在本文中，提供了使用基于 Mag-Arch 的策略进行细胞图案化的详细过程。提供了用于单细胞类型以及用于共培养实验的多种细胞类型的图案化方法。此外，还提供了制造包含细胞图案化通道的微流控装置的综合说明。使用并行方法实现此功能具有挑战性，但可以以简化且经济高效的方式完成。采用基于 Mag-Arch 的细胞图案化为研究人员提供了强大的 体外 研究工具。

引言

细胞图案化正在发展成为一种直观而强大的 体外 研究技术¹.通过操纵培养板中的细胞位置，它为各种实验提供了解决方案，包括细胞迁移²、仿生多细胞共培养³、类器官组装⁴、生物材料研究⁵ 等。在大多数情况下，无墨水、无标记方法是细胞图案化的首选方法，因为它为后续研究提供了易于操作和高细胞活力。

磁拱效应是一种物理现象，其中顺磁性液体中的抗磁性物体倾向于向磁场较弱的区域移动⁶.活细胞具有天然的抗磁性，而细胞培养基可以通过添加可溶性顺磁性元素制成顺磁性，例如钆喷酸二葡甲胺 （Gd-DTPA），通常用于静脉注射核磁共振成像作为造影剂⁷。因此，预计细胞将被周围的顺磁性介质排斥，并移动到磁场较弱的区域⁸.使用一组钕磁铁可以很容易地产生图案磁场。理想情况下，电池图案与磁铁图案相反。从技术上讲，这被定义为一种无标记方法，因为唯一的附加试剂 Gd-DTPA 保留在细胞外环境中并且不与细胞结合。因此，通过更换培养基，可以很容易地避免对后续细胞培养的潜在影响。与其他方法

研究方案

1. 组装磁铁组

1. 组装条形图案的磁铁组。
   1. 选择扁平矩形磁铁，如 图1A所示。用于此演示的矩形磁铁的尺寸为 1.5 mm × 10 mm × 35 mm（厚度×高度×长度）（参见 材料表）。磁铁的厚度决定了细胞条纹之间的间隙。
   2. 将 2 毫米厚的硅胶板（参见 材料表）切成 2 毫米× 8 毫米× 30 毫米的矩形。确保这些硅胶板的后两个尺寸略小于上述矩形磁铁的尺寸，以优化组装。硅胶板的厚度决定了电池条纹的宽度。
   3. 逐层组装矩形磁铁和硅胶板，如 图 1A 所示。每个磁铁组由 4 个磁铁和 3 个硅胶板组成。确保每个相邻磁铁的磁极相对，以便磁铁组可以由于内在吸引力而自动对齐。
   4. 使用前对磁铁进行消毒。
      注意：建议用纯水清洗磁铁组，然后将它们浸入 75% 乙醇中 10 分钟。这些磁体组的整体尺寸为 12 mm × 10 mm × 35 mm，设计用于标准 6 孔细胞培养板。
2. 组装点阵图案的磁铁组
   1. 选择微型圆柱形磁铁，如 图1B所示。用于此演示的圆柱形磁铁的尺寸为 Φ1.5 mm × 10 mm（直径×高度）....

讨论

基于 Mag-Arch 的细胞图案化为大多数生物医学实验室提供了用户友好的解决方案。该方法与无墨水、无标记、独立于基材的特征以及高通量图案化的能力并行 ^8,13。对于单体细胞图案化，它以一步方式对细胞进行图案化。该过程只需刷新培养基即可完成。

以前的研究使用磁性粒子来标记细胞并用磁铁吸引它们以形成精确的图案

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
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