Name: cell squeezing as a robust, microfluidic intracellular delivery platform
Uploaded: 2013-11-07T19:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Cell Squeezing as a Robust, Microfluidic Intracellular Delivery Platform at JoVE.com

אנו מודים לט Shatova לדיון מועיל על עיצוב ניסיוני וניתוח נתונים. הסיוע והמומחיות של ג Paradis, כוח האדם של cytometry זרימת הליבה במכון קוך, ואת צוות של המעבדה לטכנולוגית מיקרוסיסטמס במכון טכנולוגית של מסצ&#39;וסטס הכירו בהכרת תודה. עבודה זו נתמכה על ידי המכונים הלאומיים לבריאות המענקים RC1 EB011187-02, DE013023, DE016516, EB000351, וחלקית על ידי מכון הלאומי לסרטן סרטן מרכז תמיכה (Core) מענקי P30-CA14051 וMPP-09Call-לנגר-60.

1. אחסון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחסן את מאגרי המים, בעלים, O-טבעות ומכשירי microfluidic ב70% אתנול. השתמש במכל (לדוגמא צנצנת או כוס) שיש לו מכסה כדי למנוע אידוי וזיהום על ידי חלקיקי אבק או בחוץ. הנח את המכשירים במכולה אחת (1), מאגרים וטבעות אטימות במ...

<ol>
	<li>Schaffert, D., Wagner, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+therapy+progress+and+prospects:+synthetic+polymer-based+systems.">Gene therapy progress and prospects: synthetic polymer-based systems.</a> Gene. Ther. 15, 1131-1138 (2008).</li><li>Whitehead, K. A., Langer, R., Anderson, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Knocking+down+barriers:+advances+in+siRNA+delivery.">Knocking down barriers: advances in siRNA delivery.</a> Nat. Rev. Drug Discov. 8, 129-138 (2009).</li><li>Leader, B., Baca, Q. J., Golan, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+therapeutics:+a+summary+and+pharmacological+classification.">Protein therapeutics: a summary and pharmacological classification.</a> Nat. Rev. Drug Discov. 7, 21-39 (2008).</li><li>Kim, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+Human+Induced+Pluripotent+Stem+Cells+by+Direct+Delivery+of+Reprogramming+Proteins.">Generation of Human Induced Pluripotent Stem Cells by Direct Delivery of Reprogramming Proteins.</a> Cell Stem Cell. 4, 472-476 (2009).</li><li>Dhar, S., Daniel, W. L., Giljohann, D. A., Mirkin, C. A., Lippard, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polyvalent+Oligonucleotide+Gold+Nanoparticle+Conjugates+as+Delivery+Vehicles+for+Platinum(IV)+Warheads.">Polyvalent Oligonucleotide Gold Nanoparticle Conjugates as Delivery Vehicles for Platinum(IV) Warheads.</a> J. Am. Chem. Soc. 131, 14652-14653 (2009).</li><li>Jiang, Z. -. X., Zhang, Z. -. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeting+PTPs+with+small+molecule+inhibitors+in+cancer+treatment.">Targeting PTPs with small molecule inhibitors in cancer treatment.</a> Cancer and Metastasis Reviews. 27, 263-272 (2008).</li><li>Derfus, A. M., Chan, W. C. W., Bhatia, S. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+Delivery+of+Quantum+Dots+for+Live+Cell+Labeling+and+Organelle+Tracking.">Intracellular Delivery of Quantum Dots for Live Cell Labeling and Organelle Tracking.</a> Adv. Mater. 16, 961-966 (2004).</li><li>Michalet, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+Dots+for+Live+Cells+in+Vivo+Imaging,+and+Diagnostics.">Quantum Dots for Live Cells in Vivo Imaging, and Diagnostics.</a> Science. 307, 538-544 (2005).</li><li>Dahan, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+Dynamics+of+Glycine+Receptors+Revealed+by+Single-Quantum+Dot+Tracking.">Diffusion Dynamics of Glycine Receptors Revealed by Single-Quantum Dot Tracking.</a> Science. 302, 442-445 (2003).</li><li>Slowing, I. I., Trewyn, B. G., Lin, V. S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesoporous+Silica+Nanoparticles+for+Intracellular+Delivery+of+Membrane-Impermeable+Proteins.">Mesoporous Silica Nanoparticles for Intracellular Delivery of Membrane-Impermeable Proteins.</a> J. Am. Chem. Soc. 129, 8845-8849 (2007).</li><li>Pack, D. W., Hoffman, A. S., Pun, S., Stayton, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+development+of+polymers+for+gene+delivery.">Design and development of polymers for gene delivery.</a> Nat. Rev. Drug Discov. 4, 581-593 (2005).</li><li>Joseph, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cationic+lipids+used+in+gene+transfer.">Cationic lipids used in gene transfer.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 27 (97), 17-28 (1997).</li><li>Verma, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-structure-regulated+cell-membrane+penetration+by+monolayer-protected+nanoparticles.">Surface-structure-regulated cell-membrane penetration by monolayer-protected nanoparticles.</a> Nat. Mater. 7, 588-595 (2008).</li><li>Yan, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+intracellular+protein+delivery+platform+based+on+single-protein+nanocapsules.">A novel intracellular protein delivery platform based on single-protein nanocapsules.</a> Nat. Nano. 5, 48-53 (2010).</li><li>Shi Kam, N. W., Jessop, T. C., Wender, P. A., Dai, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotube+Molecular+Transporters:+Internalization+of+Carbon+Nanotube-Protein+Conjugates+into+Mammalian+Cells.">Nanotube Molecular Transporters: Internalization of Carbon Nanotube-Protein Conjugates into Mammalian Cells.</a> J. Am. Chem. Soc. 126, 6850-6851 (2004).</li><li>Varkouhi, A. K., Scholte, M., Storm, G., Haisma, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endosomal+escape+pathways+for+delivery+of+biologicals.">Endosomal escape pathways for delivery of biologicals.</a> Journal of Controlled Release. 151, 220-228 (2011).</li><li>li, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroporation+Gene+Therapy:+New+Developments+In+Vivo+and+In+Vitro.">Electroporation Gene Therapy: New Developments In Vivo and In Vitro.</a> Current Gene Therapy. 4, 309-316 (2004).</li><li>Fox, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroporation+of+cells+in+microfluidic+devices:+a+review.">Electroporation of cells in microfluidic devices: a review.</a> Anal. Bioanal. Chem. 385, 474-485 (2006).</li><li>Miller, D. L., Pislaru, S. V., Greenleaf, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sonoporation:+Mechanical+DNA+Delivery+by+Ultrasonic+Cavitation.">Sonoporation: Mechanical DNA Delivery by Ultrasonic Cavitation.</a> Somatic Cell and Molecular Genetics. 27, 115-134 (2002).</li><li>Sharei, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+vector-free+microfluidic+platform+for+intracellular+delivery.">A vector-free microfluidic platform for intracellular delivery.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 110, 2082-2087 (2013).</li><li>Lee, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonendocytic+Delivery+of+Functional+Engineered+Nanoparticles+into+the+Cytoplasm+of+Live+Cells+Using+a+Novel,+High-Throughput+Microfluidic+Device.">Nonendocytic Delivery of Functional Engineered Nanoparticles into the Cytoplasm of Live Cells Using a Novel, High-Throughput Microfluidic Device.</a> Nano Lett. 12, 6322-6327 (2012).</li></ol>

היבטים מסוימים של ההליך המתואר ניסוי (כלומר גורמים אחרים מאשר תכנון שבבים ומהירות הפעלה) ייתכן שיצטרכו להיות מותאמים בהתאם לסוג התא וחומר מסירת המערכת מוחל. הדיון שלהלן כתובות חלק מהגורמים הנפוצים ביותר שיש לשקול בעת תכנון ניסויים. <p class="jove_content" style=";text-align:right;...

משלוח של מקרומולקולות להציטופלסמה התא הוא שלב קריטי ביישומים טיפוליים ומחקר. משלוח nanoparticle בתיווך, למשל, הראה פוטנציאל בטיפול גנטי 1,2, תוך מסירת החלבון היא אמצעי מבטיח של משפיע על תפקוד תאי בשני 3 ומעבדה קליניות 4 הגדרות. חומרים אחרים, כגון תרופות מולקולה קטנות, נקודות קוונטיות, או חלקיקי זהב, הם בעלי עניין ביישומים החל תרופות לסרטן 5,6 לתיוג תאיים 7,8, ומולקולה בודדת מעקב 9. קרום התא הוא במידה רבה בלתי חדיר למקרומולקולות. קיימות טכניקות רבות משתמשות בחלקיקים פולימריים 10,11, ליפוזומים 12, או שינויים כימיים 13 כדי להקל על שיבוש קרום או מסירת endocytotic. בשיטות אלה, את כדאיות יעילות משלוח והתא הן בדרך כלל תלויה במבנה של המולקולת דואר יעד וסוג התא. שיטות אלו יכולות להיות יעילים באספקה ​​של חומרים אחידים מבחינה מבנית, כגון חומצות גרעין, אך לעתים קרובות אינו מתאימות עבור המשלוח של יותר מבחינה מבנית מגוונת חומרים, כגון חלבונים 14,15 וננו 7. יתר על כן, מנגנון שיבוש endosome שרוב השיטות אלה מסתמכים על הוא לעתים קרובות לא יעיל, ולכן משאיר את חומר רב לכוד במבני שלפוחית ​​16. לבסוף, שיטות שלעתים קרובות פותחו לשימוש עם שורות תאים הוקמו לא לתרגם גם לתאים ראשוניים. שיטות poration ממברנה, כגון electroporation 17,18 וsonoporation 19, הם חלופה אטרקטיבית ביישומים מסוימים, אך הם ידועים כגורמים לכדאיויות תא נמוכות ויכולים להיות מוגבל על ידי המטען של החומר המסירה היעד. עיוות מכאנית מהירה של תאים, גישת microfluidic למשלוח, יש לאחרונה demonstrated היתרונות שלה על פני שיטות הנוכחיות בהקשר של תא תכנות מחדש 20 ומשלוח nanomaterial 21. שיטה זו מסתמכת על הפרעה מכאנית o קרום התא כדי להקל על הגשת cytosolic של חומרים הנמצאים בחיץ שמסביב. המערכת הוכיחה מאפשרת פוטנציאלי במאתגר בעבר סוגי תאים (למשל תאים חיסוניים ראשוניים ותאי גזע) וחומרים (למשל נוגדנים וצינורות פחמן). בזאת, ההליך הכללי להשתמש במכשירים אלה למסירה תאית של מקרומולקולות היעד מתואר. ההליך הוא להכליל את רוב סוגי תאים וחומרי משלוח, עם זאת, מומלץ שאחד לערוך אופטימיזציה קצרה של תנאים, כמפורט בהנחיות תכנון 20 שדווחו בעבר שלנו, עבור כל יישומים שלא דווחו בעבר. נכון להיום, המערכת כבר שימשה בהצלחה עבור המשלוח של RNA, DNA, חלקיקי זהב, נקודות קוונטיות, צינורות פחמן, חלבוןים, ופולימרים dextran 20,21.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="777">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:375px;">Device Holder &#38; Plastic reservoir</td>
			<td style="width:136px;">SQZ Biotechnologies</td>
			<td style="width:149px;">Holder</td>
			<td style="width:117px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">LSRFortessa Analyzer</td>
			<td>Becton Dickinson</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Flow cytometry machine used at the Koch Institute Core Facilities</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Microfluidic device</td>
			<td>SQZ Biotechnologies</td>
			<td>Cell Squeeze</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">O-Rings</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>9452K311</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Pressure system to operate device</td>
			<td>SQZ Biotechnologies</td>
			<td>Pressure System</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Tweezers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Ultrasound bath</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

cell squeezing as a robust, microfluidic intracellular delivery platform

עיוות מכאנית מהירה של תאים התפתחה שיטה למסירה תאית של מקרומולקולות וננו מבטיחה, ללא וקטור. טכנולוגיה זו הראתה פוטנציאל בטיפול ביישומים מאתגרים בעבר, כולל, משלוח לתאים ראשוניים חיסוניים, תכנות מחדש של תאים, פחמן Nanotube, ומשלוח נקודה קוונטית. פלטפורמת microfluidic ללא וקטור זה מסתמכת על הפרעה מכאנית של קרום התא כדי להקל על הגשת cytosolic של חומר היעד. במסמך זה, אנו מתארים את השיטה מפורטת של שימוש למכשירי microfluidic אלה כוללים, הרכבה מכשיר, הכנת תא, ותפעול מערכת. משלוח גישה זו מחייבת אופטימיזציה קצר של סוג המכשיר ותנאי הפעלה ליישומים לא פורסם בעבר. ההוראות שסופקו הן להכליל את רוב סוגי תאים וחומרי אספקה ​​כמערכת זו אינה דורשת מאגרים מיוחדים או צעדי שינוי כימי / הצמידה. עבודה זו מספקת גםשל המלצות על איך לשפר את ביצועי מכשיר וצרות-לירות בעיות פוטנציאליות הקשורות לסתימה, יעילות משלוח נמוכה, וכדאיויות תא.

איור 1 מכיל תיאורים סכמטי של מערכת מסירת microfluidic. איורים 2a-b להמחיש תוצאות טיפוסיות מטיפול בתאי הלה עם עיצובים שונים במכשיר בנוכחות dextran fluorescently מצומדות 3 kDa 20. אם ההליך ואחריו בצורה נכונה, ביצועי מערכת יהיו רגישים לסוג מכשיר ואת מהירות הפעלה. לכן,...

Watch this Scientific Journal Video about Cell Squeezing as a Robust, Microfluidic Intracellular Delivery Platform at JoVE.com

Cell Squeezing as a Robust, Microfluidic Intracellular Delivery Platform

עיוות מכאנית מהירה של תאים התפתחה שיטה למסירה תאית של מקרומולקולות וננו מבטיחה, ללא וקטור. פרוטוקול זה מספק שלבים מפורטים כיצד להשתמש במערכת עבור מגוון רחב של יישומים.

לוחץ תא כחזק, Microfluidic תאית פלטפורמה להצגה

Rapid mechanical deformation of cells has emerged as a promising, vector-free method for intracellular delivery of macromolecules and nanomaterials. This ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Alginate Microcapsule as a 3D Platform for Propagation and Differentiation of Human Embryonic Stem Cells (hESC) to Different Lineages

Alginate Microcapsule as a 3D Platform for Propagation and Differentiation of Human Embryonic Stem Cells hESC to Different Lineages

אלגינט microcapsule כפלטפורמה 3D עבור ריבוי והתמיינות של בתאי גזע עובריים אנושיים (hESC) כדי שושלות שונות

Human embryonic stem cells (hESC) are emerging as an attractive alternative source for cell replacement therapy since they can be expanded in culture ...

High-throughput Protein Expression Generator Using a Microfluidic Platform

גנרטור ביטוי חלבון תפוקה גבוהה באמצעות פלטפורמת Microfluidic

Rapidly increasing fields, such as systems biology, require the development and implementation of new technologies, enabling high-throughput and ...

Manufacturing Of Robust Natural Fiber Preforms Utilizing Bacterial Cellulose as Binder

ייצור של תבניות ייצרו מראש חזקות סיבים טבעיים ניצול קטריאלי תאית כמו בינדר

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose ...

The Multi-organ Chip - A Microfluidic Platform for Long-term Multi-tissue Coculture

צ&#39;יפ Multi-האיבר - פלטפורמת Microfluidic לCoculture Multi-רקמה לטווח ארוך

The ever growing amount of new substances released onto the market and the limited predictability of current in vitro test systems has led to a high need ...

A Microfluidic Platform for High-throughput Single-cell Isolation and Culture

פלטפורמת Microfluidic עבור בידוד תפוקה גבוהה מתא בודד ותרבות

Studying the heterogeneity of single cells is crucial for many biological questions, but is technically difficult. Thus, there is a need for a simple, yet ...

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

פלטפורמת microfluidic עם איתור Multiplexed אלקטרוני למערכות מעקב מרחבית של חלקיקים

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

Imaging the Root Hair Morphology of Arabidopsis Seedlings in a Two-layer Microfluidic Platform

Imaging the Root Hair Morphology of Arabidopsis Seedlings in a Two-layer Microfluidic Platform

הדמיה המורפולוגיה שורש השיער של תודרנית השתילים בשטח פלטפורמה Microfluidic דו שכבתי

Root hairs increase root surface area for better water uptake and nutrient absorption by the plant. Because they are small in size and often obscured by ...

A Microfluidic Platform for Longitudinal Imaging in Caenorhabditis elegans

A Microfluidic Platform for Longitudinal Imaging in Caenorhabditis elegans

פלטפורמה Microfluidic הדמיה האורך ב Caenorhabditis elegans

In the last decade, microfluidic techniques have been applied to study small animals, including the nematode Caenorhabditis elegans, and have proved ...

An Ultrahigh-throughput Microfluidic Platform for Single-cell Genome Sequencing

פלטפורמת Microfluidic על קוליים בתפוקה של רצף הגנום בתא יחיד

Sequencing technologies have undergone a paradigm shift from bulk to single-cell resolution in response to an evolving understanding of the role of ...

A Multilayer Microfluidic Platform for the Conduction of Prolonged Cell-Free Gene Expression

פלטפורמת מיקרופלואידיג רב שכבתית לצורך הובלה של ביטוי גנים ממושך ללא תא

The limitations of cell-based synthetic biology are becoming increasingly apparent as researchers aim to develop larger and more complex synthetic genetic ...