A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
דוח זה מתאר שיטה מבוססת שבב מיקרופלואידיג כדי להגדיר ניסוי של תרבות תא בודדת שבה ניתן להשיג שיוך ביעילות גבוהה וניתוח מיקרוסקופי של תאים בודדים מרובים.
שיתוף התרבות של התא שימש בשימוש נרחב ללימוד אינטראקציות תא תא בין סוגי תאים שונים כדי להבין טוב יותר את הביולוגיה של מחלות כולל סרטן. עם זאת, הוא מאתגר להבהיר את המנגנון המורכב של אינטראקציות בין-סלולריות באוכלוסיות תאים הטרוגניות ביותר באמצעות מערכות שיתוף התרבות המקובלת, מכיוון שטרוגניות של אוכלוסיית המשנה של התא מטושטשת מהערכים הממוצעים; ניתן להשתמש במערכות שיתוף התרבות המקובלות רק כדי לתאר את אות האוכלוסיה, אך אינן מסוגלות לעקוב אחר התנהגות של תאים בודדים. יתרה מזאת, שיטות נסיוניות רגילות של תא יחיד בעלות יעילות נמוכה בטיפול בתאים בגלל התפלגות פואסון. התקנים מיקרו-מפוברק הם טכנולוגיה מתפתחים למחקרים בעלי תאים בודדים, משום שהם יכולים לטפל במדויק בתאים בודדים בתפוקה גבוהה ולהפחית את הצריכה הכימית של המדגם. כאן, אנו מתארים את המושג ואת היישום של שבב מיקרופלואידיג עבור מספר רב של תאים בודדים-שיתוף תרבויות. השבב יכול ביעילות ללכוד סוגים מרובים של תאים בודדים בחדר התרבות (~ 46%) והוא בעל מרחב תרבותי מספיק שימושי לחקר התנהגות התאים (למשל, הגירה, התפשטות וכדומה) תחת אינטראקציה תא תא ברמת התא היחיד. תאים אנדותל הלימפה וקרצינומה של תאים אוראלי קשקש שימשו כדי לבצע ניסוי של תא יחיד שיתוף התרבות על פלטפורמת microfluidic עבור חיים מרובים בודד אינטראקציה מחקרים.
לכידה יעילה של סוגים שונים של תאים בודדים ואספקת מרחב תרבותי מספיק נדרשים עבור ניסויים תא יחיד שיתוף התרבות של סוגים מרובים של תאים בודדים1. הגבלת דילול היא השיטה הנפוצה ביותר כדי להכין את התאים היחידים עבור ניסויים כאלה, בשל העלות הנמוכה של ציוד נדרש. עם זאת, בשל מגבלת התפלגות פואסון, ההסתברות המרבית לרכישת תא בודד היא רק 37%, מה שהופך את הפעולה הניסיונית לעמלולגזול זמןרב. לעומת זאת, שימוש במיון תאים המופעל באמצעות הזריחה (FACS) יכול להתגבר על מגבלת התפלגות פואסון כדי להכין תאים בודדים באופן יעיל ברמה3. עם זאת, FACS לא יכול להיות נגיש למעבדות מסוימות בשל עלות מכשור יקר ותחזוקה. התקנים מיקרו-מפוברק פותחו לאחרונה עבור השמנה של תא בודד4, זיווג של תא בודד5ויישומי תרבות תא בודדים. התקנים אלה מבוססים על יכולתם לטפל באופן מדויק בתאים בודדים6, לבצע ניסויים בתפוקה גבוהה, או להפחית את הצריכה הכימית של המדגם. עם זאת, ביצוע ניסויים בשיתוף עם תאים בודדים עם סוגי תאים מרובים עם מכשירים מיקרופלואידים הנוכחיים עדיין מאתגרים בשל הגבלת התפלגות פואסון1,7,8או אי-יכולת של התקנים כדי ללכוד יותר משני סוגים של תאים בודדים4,5,6,9,10.
לדוגמה, יון ואח ' דיווח על מכשיר מיקרופלואידיג למחקר האינטראקציה תא תא11. התקן זה משתמש בשיטה הפרוליסטית כדי לזווג תאים בחדר אחד. עם זאת, הוא יכול להשיג רק את הזיווג של שני סוגי תאים שונים עקב הגבלות גיאומטריות במבנה ההתקן. דו ח נוסף של לי ואח ' הפגין שיטה דטרמיניסטית ללכוד ולזווג תאים בודדים12. התקן זה מגביר את יעילות השיוך בשיטה הדטרמיניסטית, אך הוא מוגבל על-ידי זמן הפעולה הממושך הנדרש לזוג תאים. באופן ספציפי, לכידת התא השני יכול להתבצע רק לאחר שהתא הראשון שנלכד מחובר לפני השטח לאחר 24 שעות. זאו ואח ' דיווח על מכשיר מיקרופלואידיג מבוסס-droplet כדי ללכוד שני סוגים של תא אחד13. אנו יכולים למצוא כי מכשיר מיקרופלואידיג מבוסס-droplet עדיין מוגבל להתפלגות פואסון וניתן להשתמש בו רק בתאים שאינם מחוברים, ואין אפשרות לשנות את פתרון התרבות במהלך תהליך הטיפוח-תרגול.
בעבר, פיתחנו מיקרופלואידים "שבב שחרור הידרודינמי" כי מנצל כוחות הידרודינמיים דטרמיניסטי ללכוד סוגים מרובים של תא יחיד לתוך חדר התרבות, ולאחר מכן ניתן לבצע ניסוי שיתוף התרבות התא כדי לנתח התנהגות בודדת של העברת תאים תחת אינטראקציות תא תא14. שבב המעבר ההידרודינמי כולל מערך מסודר של יחידות, שכל אחד מהם מכיל ערוץ הומה-מעבר, אתר לכידת וחדר תרבות. על-ידי שימוש בשינוי בעמידות הזרימה בין הערוץ המיועד למעבר לבין חדר התרבות, והליך פעולה שתוכנן במיוחד, ניתן ללכוד שוב ושוב לתוך חדר התרבות. בעיקר, המרחב הגדול של חדר התרבות יכול לא רק למנוע את הריקון של התא במהלך לכידת התא, אלא גם לספק מספיק מקום עבור התאים כדי להפיץ, מתרבים ולהגר, ומאפשר התבוננות של לחיות אינטראקציה בין תאים בודד. במאמר זה, אנו מתמקדים בייצור של התקן זה ושלבי פרוטוקול מפורטים.
1. ייצור עובש וופל על ידי ליתוגרפיה רכה
הערה: נתוני תבנית המסיכה זמינים בפרסום הקודם שלנו14.
2. הכנה להתקן PDMS ללכידת תאים בודדים מרובים
3. הכנת השעיית תא בודד
הערה: סוגי התאים כוללים תאי הלימפה האנושיים האדם (LECs), האדם OSCC TW 2.6 תאים מביע WNT5B הספציפי מרין (WNT5B sh4) ו-וקטור בקרה (pLKO-GFP) אשר התקבלו מן המחקר הקודם שלנו15. עיין בפרסום הקודם שלנו לקבלת צעדי טיפוח מפורטים.
4. לכידת תא בודד ותלת-ממדי של תאים בודדים
ההתקן כולל מבנה בן שלוש שכבות, כפי שמוצג על-ידי הצילום החתך של התקן PDMS שנחתך (איור 1א). השכבה הראשונה מכילה אתר לכידת (6.0 יקרומטר ברוחב ו 4.6 יקרומטר בגובה) המחבר את חדר התרבות ואת ערוץ ידי-pass. ההבדל בין התנגדות הזרימה בין חדר התרבות והערוץ של המעבר גור...
האינטראקציות התרבות של תאים שונים מיקרוסביבה הגידול לשחק תפקיד חשוב בהתקדמות הגידול17. כדי להבין את המנגנון של אינטראקציות תא תא, מערכות שיתוף התרבות משמשות כשיטה אנליטית נפוצה. עם זאת, סוגי תאים מרובים והטרוגניות של התאים עצמם הובילו למורכבות ניסויית ולקשיים אנליטיים.
המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.
עבודה זו נתמכת על ידי מענק ממשרד המדע והטכנולוגיה (105-2628-E-400-001-MY2), ואת תוכנית הדוקטורט בהנדסת רקמות ורפואה רגנרטיבית, אוניברסיטת צ'ונג הסינג הלאומית ומכוני מחקר בריאות לאומית.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3M Advanced Polyolefin Diagnostic Microfluidic Medical Tape | 3M Company | 9795R | |
Antibiotics | Biowest | L0014-100 | Glutamine-Penicillin-Streptomycin |
AutoCAD software | Autodesk | AutoCAD LT 2011 | Part No. 057C1-74A111-1001 |
CellTracke Blue CMAC Dye | Invitrogen | C2110 | |
CellTracker Green CMFDA Dye | Invitrogen | C7025 | |
Conventional oven | YEONG-SHIN company | ovp45 | |
Desiccator | Bel-Art Products | F42020-0000 | Space saver vacuum desiccator 190 mm white base |
DiIC12(3) cell membrane dye | BD Biosciences | 354218 | Used as a cell tracker |
DMEM-F12 medium | Gibco | 11320-082 | |
Endothelial Cell Growth Medium MV 2 | PromoCell | C-22022 | |
Fetal bovine serum Hyclone | Thermo | SH30071.03HI | |
Hamilton 700 series Glass syringe ( 0.1 ml ) | Hamilton | 80630 | 100 µL, Model 710 RN SYR, Small Removable NDL, 22s ga, 2 in, point style 2 |
Harris Uni-Core puncher | Ted Pella Inc. | 15075 | with 1.5mm inner-diameter |
Harris Uni-Core puncher | Ted Pella Inc. | 15071 | with 0.5mm inner-diameter |
Hotplate | YOTEC company | YS-300S | |
Msak aligner | Deya Optronic CO. | A1K-5-MDA | |
Oxygen plasma | NORDSON MARCH | AP-300 | |
Plasma cleaner | Nordson | AP-300 | Bench-Top Plasma Treatment System |
Polydimethylsiloxane (PDMS) kit | Dow corning | Sylgard 184 | |
Poly-tetrafluoroethene (PTFE) | Ever Sharp Technology, Inc. | TFT-23T | inner diameter, 0.51 mm; outer diameter, 0.82 mm |
Removable tape | 3M Company | Scotch Removable Tape 811 | |
Silicon wafer | Eltech corperation | SPE0039 | |
Spin coater | Synrex Co., Ltd. | SC-HMI 2" ~ 6" | |
Stereomicroscope | Leica Microsystems | Leica E24 | |
SU-8 10 negative photoresist | MicroChem | Y131259 | |
SU-8 2 negative photoresist | MicroChem | Y131240 | |
SU-8 2050 negative photoresist | MicroChem | Y111072 | |
SU-8 developer | Grand Chemical Companies | GP5002-000000-72GC | Propylene glycol monomethyl ether acetate |
Syringe pump | Harvard Apparatus | 703007 | |
Trichlorosilane | Gelest, Inc | SIT8174.0 | Tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl. Hazardous. Corrosive to the respiratory tract, reacts violently with water. |
Trypsin Neutralizer Solution | Gibco | R-002-100 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved