Assemblaggio e funzionamento di un dispositivo acoustofluidico per una maggiore consegna di composti molecolari alle cellule

Riepilogo

Questo protocollo descrive l'assemblaggio e il funzionamento di un dispositivo accostofluidico a basso costo per la consegna molecolare rapida alle cellule tramite sonoporazione indotta da agenti di contrasto ad ultrasuoni.

Abstract

Per un'ampia gamma di ricerche biomediche e applicazioni terapeutiche a base cellulare è necessaria un'efficiente fornitura intracellulare di biomolecole. La sonoporazione mediata da ultrasuoni è una tecnica emergente per la rapida consegna intracellulare di biomolecole. La sonoporazione si verifica quando la cavitazione di microbolle riempite di gas forma pori transitori nelle membrane cellulari vicine, il che consente un rapido assorbimento delle biomolecole dal fluido circostante. Le attuali tecniche per la sonoporazione in vitro delle cellule in sospensione sono limitate dalla bassa produttività, dalla variabilità delle condizioni di esposizione agli ultrasuoni per ogni cellula e dall'elevato costo. Per risolvere queste limitazioni, è stato sviluppato un dispositivo acoustofluidico a basso costo che integra un trasduttore ad ultrasuoni in un dispositivo fluido basato su PDMS per indurre una sonoporazione coerente delle cellule mentre scorrono attraverso i canali in combinazione con agenti di contrasto ad ultrasuoni. Il dispositivo è fabbricato utilizzando tecniche di fotolitografia standard per produrre il chip fluido basato su PDMS. Un trasduttore a disco piezografico ad ultrasuoni è collegato al dispositivo e guidato da un microcontrollore. L'assieme può essere integrato all'interno di una custodia stampata in 3D per una maggiore protezione. Cellule e microbolle vengono spinte attraverso il dispositivo utilizzando una pompa per siringa o una pompa peristaltica collegata ai tubi in PVC. Con questo sistema apodtofluidico è dimostrato un migliore recapito di biomolecole alle cellule T umane e alle cellule tumorali polmonari. Rispetto agli approcci di trattamento alla rinfusa, questo sistema acoustofluidico aumenta la produttività e riduce la variabilità, che può migliorare i metodi di lavorazione cellulare per applicazioni di ricerca biomedica e la produzione di terapie a base cellulare.

Introduzione

Piattaforme virali e non virali sono state utilizzate per migliorare la consegna molecolare alle cellule. La somministrazione virale (trasduzione) è una tecnica comune utilizzata nelle terapie cellulari che richiedono modifiche genomiche. Le limitazioni con la consegna virale includono potenziale mutagenesi inserimento, capacità transgenica limitata e molteplicità indesiderata di^{infezione 1,2}. Pertanto, le tecniche di somministrazione molecolare non virale sono in fase di sviluppo per un'ampia gamma di applicazioni biomediche e di ricerca. Le tecniche comuni includono l'energia meccanica, elettrica, idrodinami....

Protocollo

Le donazioni di sangue intero sono state raccolte da donatori sani a seguito di protocolli approvati dal comitato di revisione istituzionale dell'Università di Louisville.

1. Fabbricazione di dispositivi anotofluidi

1. Ottenere una maschera fotografica con un design a spirale concentrico contenente canali con un diametro di 500 μm. Nei file supplementari viene fornito un file CAD come esempio. Una maschera fotografica personalizzata può essere ordinata da un fornitore commerciale o modellata utilizzando uno scrittore di maschere.
2. Prepara uno stampo del design a spirale concentrico su un wafer di silicio riv....

Risultati

Un'immagine del sistema acoustofluidico assemblato all'interno di una custodia stampata in 3D è mostrata nella figura 1. Questo protocollo produce un sistema acoustofluidico che può essere utilizzato per migliorare l'erogazione molecolare intracellulare in più linee cellulari utilizzando agenti di contrasto ad ultrasuoni.

Figura 2   dimostra una maggiore somministrazione intracellulare di un composto fluorescente,.......

Discussione

Questo protocollo descrive l'assemblaggio e il funzionamento di un sistema acoustofluidico a basso costo che migliora la fornitura intracellulare di biomolecole per applicazioni di ricerca. Ci sono diversi fattori importanti da considerare quando si assembla e si gestisce questo sistema. Il dispositivo acoustofluidico è fabbricato in PDMS, che è un materiale biocompatibile che può essere facilmente modellato con dimensioni del canale coerenti²⁷. I canali del dispositivo possono essere risciacqu.......

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Fabrication of Acoustofluidic Device
DOW SYLGARD 184 SILICONE ENCAPSULANT CLEAR 0.5 KG KIT	Ellsworth Adhesives	4019862 (SKU)	https://www.ellsworth.com/products/by-market/consumer-products/encapsulants/silicone/dow-sylgard-184-silicone-encapsulant-clear-0.5-kg-kit/
Harris Uni-Core (2.5 mm)	Electron Microscopy Sciences	69039-25
Microfluidic Reservoir for 15 mL Falcon Tube - S (2/4 port)	Darwin Microfluidics	LVF-KPT-S-2 (SKU)	https://darwin-microfluidics.com/products/15-ml-falcon-tube-microfluidic-reservoir-s-2-4-port
Microscope Slide	VWR	16004-430	https://us.vwr.com/store/product/4646174/vwr-vistavisiontm-microscope-slides-plain-and-frosted-premium
trichlorosilane	Gelest	105732-02-3 (Cas. No.)	Chlorosilane is very hazaradous and flammable. Exposure causes severe burns and eye damage.
Tygon PVC soft plastic tubing (1/16" ID, 1/8" OD)	McMaster-Carr	5233K51 (Part #)	https://www.mcmaster.com/pvc-tubing/soft-tubing-for-air-and-water/
Assembly of Acoustofluidic System
Arduino Uno	Arduino	7630049200050 (Barcode)	https://store.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3
Preparation of Ultrasound Contrast Agents
1,2-distearoyl-sn-glycero-3-ethylphosphocholine (DSEPC)	Avanti Lipids	890703P-25mg (SKU)	https://avantilipids.com/product/890703
1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC)	Avanti Lipids	850365P-25mg (SKU)	https://avantilipids.com/product/850365
1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoglycerol (DSPG)	Avanti Lipids	840465P-25mg (SKU)	https://avantilipids.com/product/840465
APF-140HP (decafluorobutate gas)	FlouroMed	355-25-9 (Cas No.)	http://www.fluoromed.com/products/perfluorodecalin/
DB-338 Amalgamators	COXO		https://www.coxotec.com/coxo/db-338-amalgamators/
polyoxyethylene 40 stearate	Sigma-Aldrich	P3440-250G (SKU)	https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/p3440?lang=en&region=US&gclid= Cj0KCQjwy8f6BRC7ARIsAPIXOjjj Jh_151mYVEUyLZRavt4re9YQMLS vID64X-1KbO3LUKGjVUwb PDAaAqvOEALw_wcB
Q125 Sonicator	Qsonica	Q125-110 (Ref.)	https://www.sonicator.com/products/q125-sonicator?_pos=1&_sid=406df3776&_ss=r
Preparation of Primarty T Cells
autoMACs running buffer	Miltenyi Biotec	130-091-221 (Order No.)	https://www.miltenyibiotec.com/US-en/products/automacs-running-buffer-macs-separation-buffer.html#gref
Pan T Cell Isolation Kit, human (Pan T-Cell Biotin Antibody Cocktail & Pan T-Cell MicroBead Cocktail)	Miltenyi Biotec	130-096-535 (Order No.)	https://www.miltenyibiotec.com/US-en/products/pan-t-cell-isolation-kit-human.html#130-096-535
magnetic cell sorter (autoMACS Pro Separator)	Miltenyi Biotec	130-092-545 (Order No.)	https://www.miltenyibiotec.com/US-en/products/automacs-pro-separator-starter-kit.html#130-092-545
Preparation of A549 Lung Cancer Cells
Trehalose Assay Kit	Megazyme	K-TREH (Cat. No.)	https://www.megazyme.com/trehalose-assay-kit
Trypan blue (0.4% in aqueous solution Ready-to-Use, sterile)	VWR	97063-702 (Cat. No.)	https://us.vwr.com/store/product/7437427/trypan-blue-0-4-in-aqueous-solution-ready-to-use-sterile