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* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Cet article fournit la méthode détaillée pour effectuer un dosage rapide de la chimiotaxie des neutrophiles en intégrant l'isolement des neutrophiles sur le puits du sang total et le test de la chimiotaxis sur une seule puce microfluidique.
La migration des neutrophiles et la chimiotaxie sont essentielles pour le système immunitaire de notre corps. Les dispositifs microfluidiques sont de plus en plus utilisés pour étudier la migration des neutrophiles et la chimiotaxie en raison de leurs avantages dans la visualisation en temps réel, un contrôle précis de la génération de gradient de la concentration chimique et une réduction de la consommation de réactifs et d'échantillons. Récemment, les chercheurs en microfluidique ont fait de plus en plus d'efforts pour développer des systèmes d'analyse de chimiotaxie microfluidiques intégrés et facilement exploités, directement à partir de sang total. Dans cette direction, la première méthode tout-sur-puce a été développée pour intégrer la purification négative magnétique des neutrophiles et l'analyse chimiotaxique à partir de petits échantillons de volume sanguin. Cette nouvelle méthode permet un test de chimiotaxie neutrophile rapide à l'échantillon à 25 minutes. Dans cet article, nous fournissons une méthode détaillée de construction, d'exploitation et d'analyse de données pour ce test de chimiotaxie tout-sur-puce avec une discussion sur les stratégies de dépannage, limiTations et directions futures. Les résultats représentatifs du test de chimiotaxie des neutrophiles d'un test chimiochimique défini, du N -Formométhyl-Met-Leu-Phe (fMLP) et des expectorations d'un patient souffrant d'une maladie pulmonaire obstructive chronique (COPD), en utilisant cette méthode tout-sur-puce sont présentés. Cette méthode s'applique à de nombreuses recherches liées à la migration cellulaire et aux applications cliniques.
La chimiotaxie, un processus de migration cellulaire dirigée vers un gradient de concentration chimique soluble, est implicitement impliqué dans de nombreux processus biologiques, y compris la réponse immunitaire 1 , 2 , 3 , le développement tissulaire 4 et la métastase du cancer 5 . Les neutrophiles sont le sous-ensemble de globules blancs les plus abondants et jouent un rôle crucial en permettant les fonctions de défense de l'hôte inné du corps, ainsi que dans la médiation des réponses immunitaires adaptatives 6 , 7 . Les neutrophiles sont équipés de machines chimiotactiques hautement réglementées permettant à ces cellules immunitaires mobiles de répondre à la fois aux chimioattractants dérivés des agents pathogènes ( p. Ex . FMLP) et aux chimioattractants dérivés de l'hôte ( p . Ex . Interleukine-8) par voie de chocostat 8 . La migration des neutrophiles et la chimiotaxie mènent divers problèmes physiologiquesEt des maladies telles que l'inflammation et les cancers 1 , 9 . Ainsi, l'évaluation précise de la chimiotaxie des neutrophiles fournit une lecture fonctionnelle importante pour l'étude de la biologie des neutrophiles et des maladies associées.
Par rapport aux tests de chimiotaxis classiques largement utilisés ( p. Ex. Essai de transwell 10 ), les dispositifs microfluidiques sont très prometteurs pour une évaluation quantitative de la migration cellulaire et de la chimiotaxie en raison de la génération et de la miniaturisation des gradients chimiques 11 , 12 , 13 . Au cours des deux dernières décennies, divers dispositifs microfluidiques ont été développés pour étudier la chimiotaxie de différents types de cellules biologiques, en particulier les neutrophiles 11 . Des efforts considérables ont été déployés pour caractériser la migration des neutrophiles dans les complexes spatiotemportaux complexes Gradients miques qui ont été configurés dans les dispositifs microfluidiques 14 , 15 . Des stratégies intéressantes ont également été développées pour étudier la prise de décision directionnelle par les neutrophiles à l'aide des dispositifs microfluidiques 16. À l' aide d'une recherche biologiquement orientée, les applications des dispositifs microfluidiques ont été étendues pour tester les échantillons cliniques pour l'évaluation de la maladie 17 , 18 , 19 . Cependant, l'utilisation de nombreux dispositifs microfluidiques est limitée aux laboratoires de recherche spécialisés et nécessite une longue isolation des neutrophiles à partir d'un grand volume d'échantillons de sang. Par conséquent, il existe une tendance croissante à développer des dispositifs microfluidiques intégrés pour une analyse rapide de la chimiotaxie des neutrophiles directement à partir d'une goutte de sang total 20 , 21 , 22 ,Ef "> 23 , 24 .
Dans cette direction, une méthode all-on-chip a été développée qui intègre la purification neutrophile négative magnétique et le dosage de chimiotaxie subséquent sur un seul dispositif microfluidique 25 . Cette méthode tout-à-puce présente les nouvelles fonctionnalités suivantes: 1) contrairement aux stratégies antérieures sur la puce qui isolent les neutrophiles du sang par la capture cellulaire à base d'adhésion ou le filtrage basé sur la taille des cellules 20 , 22 , cette nouvelle méthode permet une augmentation La pureté, la séparation magnétique des neutrophiles sur les puce à partir de petits volumes de sang total, ainsi que la mesure de la chimiotaxis lors de la stimulation chimioattractive; 2) la structure d'ancrage de la cellule aide à aligner les positions initiales des neutrophiles près du canal de gradient chimique et permet une analyse chimiotaxique simple sans suivi de cellule unique; 3) l'intégration de l'isolement et du chimotine des neutrophilesL'analyse des axes sur un seul dispositif microfluidique permet une analyse chimio-chimiométrique rapide d'échantillon à résultat en 25 minutes lorsqu'il n'y a pas d'interruption entre les étapes expérimentales.
Cet article fournit un protocole détaillé pour la méthode de construction, d'exploitation et d'analyse de données de ce test de chimiotaxis tout-sur-puce. Le document démontre l'utilisation efficace de la méthode développée pour la réalisation de la chimiotaxie des neutrophiles en testant des échantillons chimiotactiques recombinants et chimiotactiques recombinés connus, suivis d'une discussion sur les stratégies de dépannage, les limites et les orientations futures.
Tous les protocoles de collecte d'échantillons humains ont été approuvés par le Joint-Faculty Research Ethics Board de l'Université du Manitoba à Winnipeg.
1. Fabrication de dispositifs microfluidiques ( figure 1A )
2. Préparation du dosage de la migration des cellules microfluidiques
3. Opération All-on-chip Chemotaxis Assay
4. Cell Migration DAta Analysis ( Figure 1C )
Les neutrophiles sont sélectionnés négativement à partir d'une goutte de sang total directement dans le dispositif microfluidique. La pureté des neutrophiles isolés a été vérifiée par la coloration Giemsa sur puce et les résultats ont montré les noyaux typiques en forme d'anneau et de lobe des neutrophiles ( Figure 2A ) 25 . Ceci indique une isolation efficace des neutrophiles sur puce à haute pureté à partir d&...
Dans cet article, un protocole détaillé pour isoler directement les neutrophiles du sang total suivi du test de chimiotaxis, tout sur une seule puce microfluidique, a été décrit. Cette méthode offre des fonctionnalités utiles dans son opération simple, la sélection négative de neutrophiles de haute pureté, le test de chimiotaxie rapide d'échantillon à résultat, les réactifs réduits et la consommation d'échantillon, ainsi qu'une analyse précise des données de migration cellulaire. À titre ...
Il n'y a aucun conflit d'intérêt à divulguer.
Ce travail bénéficie en partie de subventions du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) et des Instituts de recherche en santé du Canada (IRSC). Nous remercions l'Institut clinique de recherche appliquée et d'éducation à l'Hôpital général de Victoria à Winnipeg et à Seven Oaks General Hospital à Winnipeg pour la gestion d'échantillons cliniques de sujets humains. Nous remercions le Dr Hagit Peretz-Soroka pour une discussion utile sur les stratégies d'opération de dosage. Nous remercions le Professeur Carolyn Ren et le Dr Xiaoming (Cody) Chen de l'Université de Waterloo pour leur soutien généreux au processus de tournage.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Device fabrication | |||
Mask aligner | ABM | N/A | |
Spinner | Solitec | 5000 | |
Hotplate | VWR | 11301-022 | |
Plasma cleaner | Harrick Plasma | PDC-001 | |
Vacuum dessicator | Fisher Scientific | 08-594-15A | |
Digital scale | Ohaus | CS200 | |
SU-8 2000 thinner | Microchem | SU-8 2000 | |
SU-8 2025 photoresist | Microchem | SU-8 2025 | |
SU-8 developer | Microchem | SU-8 developer | |
Si wafer | Silicon, Inc | LG2065 | |
isopropyl alcohol | Fisher Scientific | A416-4 | |
(tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl) trichlorosilane | Gelest | 78560-45-9 | |
Polydimethylsiloxane (PDMS) | Ellsworth Adhesives | 2065622 | |
Petri Dish | Fisher Scientific | FB0875714 | |
Glass slides | Fisher Scientific | 12-544-4 | |
Cutting pad | N/A | N/A | Custom-made |
Punchers | N/A | N/A | Custom-made |
Name | Source | Catalog Number | Comments |
On-chip cell isolation and chemotaxis assay | |||
RPMI 1640 | Fisher Scientific | SH3025502 | |
DPBS | Fisher Scientific | SH3002802 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | SH3057402 | |
Fibronectin | VWR | CACB356008 | |
fMLP | Sigma-Aldrich | F3506-10MG | |
Magnetic disks | Indigo Instruments | 44202-1 | 5 mm in diameter, 1 mm thick |
FITC-Dextran | Sigma-Aldrich | FD10S | |
Rhodamine | Sigma-Aldrich | R4127-5G | |
Giemsa stain solution | Rowley Biochemical Inc. | G-472-1-8OZ | |
EasySep Direct Human Neutrophil Isolation Kit | STEMCELL Technologies Inc | 19666 | |
Dithiothreitol | Sigma-Aldrich | D0632 | |
Nikon Ti-U inverted fluorescent microscope | Nikon | Ti-U | |
Microscope environmental chamber. | InVivo Scientific | N/A | |
CCD camera | Nikon | DS-Fi1 |
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