Generación de condiciones ambientales dinámicas utilizando un dispositivo microfluídico de alto rendimiento

Resumen

Presentamos un sistema microfluídico para estudios de alto rendimiento en maquinaria de vida compleja, que consta de 1500 unidades de cultivo, una gama de bombas peristálticas mejoradas y un módulo de mezcla in situ. El chip microfluídico permite el análisis de las condiciones microambientales altamente complejas y dinámicas in vivo.

Resumen

Imitar condiciones ambientales in vivo es crucial para estudios in vitro sobre maquinaria de vida compleja. Sin embargo, las técnicas actuales dirigidas a células y órganos vivos son altamente costosas, como la robótica, o carecen de volumen de nanolitro y precisión de tiempo de milisegundos en la manipulación de líquidos. Aquí presentamos el diseño y la fabricación de un sistema microfluídico, que consta de 1.500 unidades de cultivo, una gama de bombas peristálticas mejoradas y un módulo de mezcla in situ. Para demostrar las capacidades del dispositivo microfluídico, las esferas de células madre neuronales (NSC) se mantienen en el sistema propuesto. Observamos que cuando la esfera NSC está expuesta a CXCL en el día 1 y EGF en el día 2, la conformación en forma redonda está bien mantenida. La variación en el orden de entrada de 6 fármacos causa cambios morfológicos en la esfera NSC y el marcador representativo del nivel de expresión para la tallo de NSC (es decir, Hes5 y Dcx). Estos resultados indican que las condiciones ambientales dinámicas y complejas tienen grandes efectos en la diferenciación y la autorre renovación del NSC, y el dispositivo microfluídico propuesto es una plataforma adecuada para estudios de alto rendimiento en la compleja maquinaria de vida.

Introducción

Las técnicas de alto rendimiento son cruciales para los estudios biomédicos y clínicos. Al realizar paralelamente millones de pruebas químicas, genéticas o de células vivas y organoides, los investigadores pueden identificar rápidamente genes que modulan una vía bio-molecular y personalizar la entrada secuencial de fármacos a sus necesidades específicas. La robótica¹ y los chips microfluídicos en combinación con un programa de control de dispositivos permiten automatizar procedimientos experimentales complejos, cubriendo la manipulación celular/tisular, manipulación de líquidos, imágenes y procesamiento/control de datos^2,

Protocolo

1. Diseño de chips microfluídicos

1. Diseñe el multiplexador microfluídico que consta de 18 entradas, cada una de las cuales está controlada por una válvula individual y una bomba peristáltica. Para aumentar el volumen líquido impulsado por el ciclo de bombeo, haga que la bomba peristáltica se componga de 3 canales de control, que se amplió a propósito a 200 μm, y 10 líneas de flujo conectadas.
2. Diseña la cámara de cultura libre de cizalla. La replicación de la unidad de cultivo de 2 niveles está compuesta por una cámara de cultivo celular inferior (400 μm x 400 μm x 150 μm) y una capa de búfer más alta (400 μm x 400 μm x 75 μm), lo que evita la tensió....

Resultados

La bomba peristáltica convencional en chip fue descrita por primera vez por Stephen Quake en 2000, utilizando la cual la peristalsis fue accionada por el patrón 101, 100, 110, 010, 011, 001 ^8,10. Los números 0 y 1 indican "abierto" y "cierre" de las 3 líneas de control horizontales. También se han notificado estudios con más de 3 válvulas (por ejemplo, cinco)^11. A pesar de que la bomba peristáltica compuesta por 3 líneas de contro.......

Discusión

Se han desarrollado varios dispositivos microfluídicos para realizar experimentos multiplexados y complejos^17,18,19,20. Por ejemplo, los micropos hechos de una matriz de recovecos topológicos pueden atrapar células individuales sin el uso de fuerza externa, mostrando caracteres ventajosos incluyendo pequeño tamaño de muestra, paralelización, menor costo de material, respuesta más rápida.......

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
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