שיטה All-on- שבב עבור ניתוח נויטרופילי מהיר Chemotaxis ישירות מתוך ירידה של דם

Published: June 23rd, 2017

DOI:

10.3791/55615

Ke Yang^1,2,3*, Jiandong Wu^3,4*, Ling Zhu¹, Yong Liu¹, Michael Zhang⁵, Francis Lin^3,4,6,7

¹Institute of Applied Technology, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences, ²University of Science and Technology of China, ³Department of Physics and Astronomy, University of Manitoba, ⁴Department of Biosystems Engineering, University of Manitoba, ⁵Seven Oaks General Hospital, ⁶Department of Immunology, University of Manitoba, ⁷Department of Biological Sciences, University of Manitoba

* These authors contributed equally

מאמר זה מספק את השיטה המפורטת של ביצוע assay chemotaxis נויטרופילי מהיר על ידי שילוב של בידוד שבב נויטרופילי מן הדם כולו ואת הבדיקה chemotaxis על שבב microfluidic יחיד.

הגירה נויטרופילי chemotaxis הם קריטיים עבור המערכת החיסונית של הגוף שלנו. מכשירים Microfluidic משמשים יותר ויותר לחקר נדידת נויטרופילים chemotaxis בשל היתרונות שלהם להדמיה בזמן אמת, שליטה מדויקת של ריכוז כימי הדרגתיות הדרגתית, מופחתת מגיב וצריכה מדגם. לאחרונה, מאמץ גדל והולך נעשה על ידי חוקרים microfluidic לעבר פיתוח משולב ופעל בקלות microfluidic chemotaxis ניתוח מערכות, ישירות מכל הדם. בכיוון זה, שיטת All-on-chip הראשונה פותחה עבור שילוב הטיהור השלילי המגנטי של נויטרופילים ואת assay chemotaxis מדגימות נפח דם קטן. שיטה חדשה זו מאפשרת מהירה דגימה אל נויטרופיל הבדיקה chemotaxis הבדיקה ב 25 דקות. במאמר זה, אנו מספקים בנייה מפורטת, ניתוח שיטת ניתוח נתונים עבור assay זה כל שבב chemotaxis assay עם דיון על אסטרטגיות לפתרון בעיות, limiציורים וכיוונים עתידיים. תוצאות נציג של assay chemotaxis נויטרופילי בדיקות chemoattractant מוגדר, N -Formyl-Met-Leu-Phe (fMLP), ואת כיח מחולה מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD), תוך שימוש בשיטה זו על כל שבב מוצגים. שיטה זו חלה על חקירות רבות הקשורות להעברת תאים ויישומים קליניים.

Chemotaxis, תהליך של הגירה תא מכוון לשיכוך מסיס ריכוז כימי, הוא מעורב באופן קריטי בתהליכים ביולוגיים רבים כולל תגובה חיסונית ¹ ^, ² ^, ³ , פיתוח רקמות ⁴ וגרורות סרטן ⁵ . נויטרופילים הם תת-הדם השופע ביותר בתאי הדם הלבנים וממלאים תפקידים מכריעים בהפיכת פונקציות ההגנה המארחת של הגוף, כמו גם בתיווך של תגובות חיסוניות אדפטטיביות ⁶ ^, ⁷ . נויטרופילים מצוידים במנגנון chemotactic מוסדר מאוד המאפשר לתאי החיסון המווסתים להגיב לתאי chemoattract....

כל פרוטוקולי איסוף המדגם של בני האדם אושרו על ידי מועצת המחקר המשותפת של הפקולטה למחקרי מחקר באוניברסיטת מאניטובה, ויניפג.

1. ייצור מכשיר Microfluidic ( איור 1 א )

מסכ?.......

נויטרופילים נבחרים באופן שלילי מתוך ירידה של דם שלם ישירות במכשיר microfluidic. טוהר של נויטרופילים מבודדים אומת על ידי שבב Giemsa על השבב ואת התוצאות הראו את בצורת טבעת בצורת גרעין בצורת גרעין של נויטרופילים ( איור 2 א ) ²⁵ . זה מצב.......

במאמר זה, פרוטוקול מפורט לבודד ישירות נויטרופילים מן הדם כולו ואחריו הבדיקה chemotaxis, על כל שבב microfluidic, תוארה. שיטה זו מציעה תכונות שימושיות בתפעול קל שלה, בחירה שלילית של נויטרופילים טוהר גבוהה, מדגם מהיר ל-תוצאה הבדיקה chemotaxis, ריאגנטים מופחת וצריכה מדגם, מדויק ניתוח נתו?.......

עבודה זו נתמכת בחלקו על ידי מענקים של מדעי הטבע והנדסה מועצת המחקר של קנדה (NSERC) ואת המכון הקנדי לבריאות מחקר (CIHR). אנו מודים למכון הקליני למחקר יישומי וחינוך בבית החולים הכללי "ויקטוריה" בוויניפג ובבית החולים הכללי "סבן אוקס" בוויניפג על ניהול דגימות קליניות של בני אדם. אנו מודים לד"ר חגית פרץ-סורוקה על דיון מועיל באסטרטגיות הפעולה של אסאי. אנו מודים לפרופסור קרולין רן וד"ר קסיאומינג (קודי) צ'ן מאוניברסיטת ווטרלו על תמיכתם הנדיבה בתהליך הצילומים.

....

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

Kolaczkowska, E., Kubes, P. Neutrophil recruitment and function in health and inflammation. Nat Rev Immunol. 13 (13), 159-175 (2013).
Luster, A. D., Alon, R., von Andrian, U. H. Immune cell migration in inflammation: present and future therapeutic targets. Nat Immunol. 6 (12), 1182-1190 (2005).
Griffith, J. W., Luster, A. D. Targeting cells in motion: migrating toward improved therapies. Eur. J. Immunol. 43 (6), 1430-1435 (2013).
Laird, D. J., von Andrian, U. H., Wagers, A. J. Stem cell trafficking in tissue development, growth, and disease. Cell. 132 (4), 612-630 (2008).
Condeelis, J., Segall, J. E. Intravital imaging of cell movement in tumours. Nat Rev Cancer. 3 (12), 921-930 (2003).
Kruger, P., et al. Neutrophils: between host defence, immune modulation, and tissue injury. PLoS Pathog. 11 (3), e1004651 (2015).
Mócsai, A. Diverse novel functions of neutrophils in immunity, inflammation, and beyond. J Exp Med. 210 (7), 1283-1299 (2013).
Foxman, E. F., Campbell, J. J., Butcher, E. C. Multistep navigation and the combinatorial control of leukocyte chemotaxis. J Cell Biol. 139 (7), 1349-1360 (1997).
Tazzyman, S., Niaz, H., Murdoch, C. Neutrophil-mediated tumour angiogenesis: subversion of immune responses to promote tumour growth. Semin Cancer Biol. 23 (3), 149-158 (2013).
Boyden, S. The chemotactic effect of mixtures of antibody and antigen on polymorphonuclear leucocytes. J Exp Med. 115 (3), 453-466 (1962).
Wu, J., Wu, X., Lin, F. Recent developments in microfluidics-based chemotaxis studies. Lab Chip. 13 (13), 2484-2499 (2013).
Sackmann, E. K., Fulton, A. L., Beebe, D. J. The present and future role of microfluidics in biomedical research. Nature. 507 (7491), 181-189 (2014).
Kim, S., Kim, H. J., Jeon, N. L. Biological applications of microfluidic gradient devices. Integr Biol. 2 (11-12), 584-603 (2010).
Irimia, D., et al. Microfluidic system for measuring neutrophil migratory responses to fast switches of chemical gradients. Lab Chip. 6 (2), 191-198 (2006).
Lin, F., et al. Neutrophil migration in opposing chemoattractant gradients using microfluidic chemotaxis devices. Ann Biomed Eng. 33 (4), 475-482 (2005).
Ambravaneswaran, V., Wong, I. Y., Aranyosi, A. J., Toner, M., Irimia, D. Directional decisions during neutrophil chemotaxis inside bifurcating channels. Integr Biol. 2 (11-12), 639-647 (2010).
Jones, C. N., et al. Spontaneous neutrophil migration patterns during sepsis after major burns. PloS One. 9 (12), e114509 (2014).
Butler, K. L., et al. Burn injury reduces neutrophil directional migration speed in microfluidic devices. PloS One. 5 (7), e11921 (2010).
Wu, J., et al. A microfluidic platform for evaluating neutrophil chemotaxis induced by sputum from COPD patients. PloS One. 10 (5), e0126523 (2015).
Sackmann, E. K., et al. Microfluidic kit-on-a-lid: a versatile platform for neutrophil chemotaxis assays. Blood. 120 (14), e45-e53 (2012).
Agrawal, N., Toner, M., Irimia, D. Neutrophil migration assay from a drop of blood. Lab Chip. 8 (12), 2054-2061 (2008).
Jones, C. N., et al. Microfluidic platform for measuring neutrophil chemotaxis from unprocessed human whole blood. J Vis Exp. (88), (2014).
Jones, C. N., et al. Microfluidic assay for precise measurements of mouse, rat, and human neutrophil chemotaxis in whole-blood droplets. J Leukocyte Biol. 100 (1), 241-247 (2016).
Sackmann, E. K. -. H., et al. Characterizing asthma from a drop of blood using neutrophil chemotaxis. P Natl Acad Sci. 111 (16), 5813-5818 (2014).
Wu, J., et al. An all-on-chip method for testing neutrophil chemotaxis induced by fMLP and COPD patient's sputum. Technology. 04 (02), 104-109 (2016).

This article has been published

Video Coming Soon

Keep me updated: