Name: generation of shear adhesion map using synvivo synthetic microvascular networks
Uploaded: 2014-05-25T14:00:00
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SynVivo技術はNHLBIからの助成金番号2R44HL076034の下で開発されました。

1。プライミングSynVivo-SMNマイクロ流体デバイス<ol><li>デバイスの各ポート（入口/出口）は、2つのパラレルポートから構成されている-表面被覆部分に流れる毎に（接着分子、成長マトリックスなど）および/ ​​または播種アッセイ（ 図1Aを実行するための他のための細胞）。 </li><li>完全滅菌脱イオン（DI）水を含むペトリ皿にSynVivo-SMNマイクロ流体デバイス（ 図1B）を</s...

<ol>
	<li>Weitz-Schmidt, G., Chreng, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+adhesion+assays.">Cell adhesion assays.</a> Methods Mol Biol. 757, 15-30 (2012).</li><li>Parsons, S. A., Jurzinsky, C., Cuvelier, S. L., Patel, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studying+leukocyte+recruitment+under+flow+conditions.">Studying leukocyte recruitment under flow conditions.</a> Methods Mol Biol. 946, 285-300 (2013).</li><li>Luscinskas, F. W., Gimbrone, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Jr+Endothelial-dependent+mechanisms+in+chronic+inflammatory+leukocyte+recruitment.">Jr Endothelial-dependent mechanisms in chronic inflammatory leukocyte recruitment.</a> Annu Rev Med. 47, 413-421 (1996).</li><li>Adriani, G., 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=The+preferential+targeting+of+the+diseased+microvasculature+by+disk-like+particles.">The preferential targeting of the diseased microvasculature by disk-like particles.</a> Biomaterials. 33, 5504-5513 (2012).</li><li>Decuzzi, P., 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=Flow+chamber+analysis+of+size+effects+in+the+adhesion+of+spherical+particles.">Flow chamber analysis of size effects in the adhesion of spherical particles.</a> Int J Nanomedicine. 2, 689-696 (2007).</li><li>Zou, 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=PSGL-1+derived+from+human+neutrophils+is+a+high-efficiency+ligand+for+endothelium-expressed+E-selectin+under+flow.">PSGL-1 derived from human neutrophils is a high-efficiency ligand for endothelium-expressed E-selectin under flow.</a> Am J Physiol Cell Physiol. 289, 415-424 (2005).</li><li>Sakhalkar, H. S., 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=Leukocyte-inspired+biodegradable+particles+that+selectively+and+avidly+adhere+to+inflamed+endothelium+in+vitro+and+in+vivo.">Leukocyte-inspired biodegradable particles that selectively and avidly adhere to inflamed endothelium in vitro and in vivo.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 100, 15895-15900 (2003).</li><li>Van Kruchten, R., Cosemans, J. M., Heemskerk, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+whole+blood+thrombus+formation+using+parallel-plate+flow+chambers+-+a+practical+guide.">Measurement of whole blood thrombus formation using parallel-plate flow chambers - a practical guide.</a> Platelets. 23, 229-242 (2012).</li><li>Ganguly, A., Zhang, H., Sharma, R., Parsons, S., Patel, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+human+umbilical+vein+endothelial+cells+and+their+use+in+the+study+of+neutrophil+transmigration+under+flow+conditions.">Isolation of human umbilical vein endothelial cells and their use in the study of neutrophil transmigration under flow conditions.</a> J Vis Exp. 66 (66), (2012).</li><li>Shirure, V. S., Reynolds, N. M., Burdick, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mac-2+binding+protein+is+a+novel+E-selectin+ligand+expressed+by+breast+cancer+cells.">Mac-2 binding protein is a novel E-selectin ligand expressed by breast cancer cells.</a> PLoS One. 7, (2012).</li><li>Ploppa, A., Schmidt, V., Hientz, A., Reutershan, J., Haeberle, H. A., Noh&#233;, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+leukocyte+distribution+during+sepsis:+an+experimental+study+on+the+interdependence+of+cell+activation,+shear+stress+and+endothelial+injury.">Mechanisms of leukocyte distribution during sepsis: an experimental study on the interdependence of cell activation, shear stress and endothelial injury.</a> Crit Care. 14, 201 (2010).</li><li>Oh, H., Diamond, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ethanol+enhances+neutrophil+membrane+tether+growth+and+slows+rolling+on+P-selectin+but+reduces+capture+from+flow+and+firm+arrest+on+IL-1-treated+endothelium.">Ethanol enhances neutrophil membrane tether growth and slows rolling on P-selectin but reduces capture from flow and firm arrest on IL-1-treated endothelium.</a> J Immunol. 181, 2472-2482 (2008).</li><li>Resto, V. A., Burdick, M. M., Dagia, N. M., McCammon, S. D., Fennewald, S. M., Sackstein, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=L-selectin-mediated+lymphocyte-cancer+cell+interactions+under+low+fluid+shear+conditions.">L-selectin-mediated lymphocyte-cancer cell interactions under low fluid shear conditions.</a> J Biol Chem. 283, 15816-15824 (2008).</li><li>Enders, S., Bernhard, G., Zakrzewicz, A., Tauber, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inhibition+of+L-selectin+binding+by+polyacrylamide-based+conjugates+under+defined+flow+conditions.">Inhibition of L-selectin binding by polyacrylamide-based conjugates under defined flow conditions.</a> Biochim Biophys Acta. 1770, 1441-1449 (2007).</li><li>Prabhakarpandian, B., Goetz, D. J., Swerlick, R. A., Chen, X., Kiani, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expression+and+functional+significance+of+adhesion+molecules+on+cultured+endothelial+cells+in+response+to+ionizing+radiation.">Expression and functional significance of adhesion molecules on cultured endothelial cells in response to ionizing radiation.</a> Microcirculation. 8, 355-364 (2001).</li><li>Brown, D. C., Larson, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improvements+to+parallel+plate+flow+chambers+to+reduce+reagent+and+cellular+requirements.">Improvements to parallel plate flow chambers to reduce reagent and cellular requirements.</a> BMC Immunology. 2, 9 (2001).</li><li>Zheng, W., Zhang, W., Jiang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precise+control+of+cell+adhesion+by+combination+of+surface+chemistry+and+soft+lithography.">Precise control of cell adhesion by combination of surface chemistry and soft lithography.</a> Adv Healthc Mater. 2, 95-108 (2013).</li><li>Qian, T., Wang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro/nano-fabrication+technologies+for+cell+biology.">Micro/nano-fabrication technologies for cell biology.</a> Med Biol Eng Comput. 48, 1023-1032 (2010).</li><li>Biswas, A., Bayer, I. S., Biris, A. S., Wang, T., Dervishi, E., Faupel, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+top-down+and+bottom-up+surface+nanofabrication:+techniques,+applications+&amp;+future+prospects.">Advances in top-down and bottom-up surface nanofabrication: techniques, applications &amp; future prospects.</a> Adv Colloid Interface Sci. 170, 2-27 (2012).</li><li>Whitesides, G. M., Ostuni, E., Takayama, S., Jiang, X., Ingber, 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=Soft+lithography+in+biology+and+biochemistry.">Soft lithography in biology and biochemistry.</a> Annu Rev Biomed Eng. 3, 335-373 (2001).</li><li>McDonald, J. C., 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=Fabrication+of+microfluidic+systems+in+poly(dimethylsiloxane).">Fabrication of microfluidic systems in poly(dimethylsiloxane).</a> Electrophoresis. 21, 27-40 (2000).</li><li>Prabhakarpandian, B., 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=Synthetic+microvascular+networks+for+quantitative+analysis+of+particle+adhesion.">Synthetic microvascular networks for quantitative analysis of particle adhesion.</a> Biomed Microdevices. 10, 585-595 (2008).</li><li>Rosano, J. 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+physiologically+realistic+in+vitro+model+of+microvascular+networks.">A physiologically realistic in vitro model of microvascular networks.</a> Biomed Microdevices. 11, 1051-1057 (2009).</li><li>Tousi, N., Wang, B., Pant, K., Kiani, M. F., Prabhakarpandian, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preferential+adhesion+of+leukocytes+near+bifurcations+is+endothelium+independent.">Preferential adhesion of leukocytes near bifurcations is endothelium independent.</a> Microvasc Res. 80, 384-388 (2010).</li><li>Prabhakarpandian, B., 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=Bifurcations:+focal+points+of+particle+adhesion+in+microvascular+networks.">Bifurcations: focal points of particle adhesion in microvascular networks.</a> Microcirculation. 18, 380-389 (2011).</li></ol>

パラレルプレートフローチャンバーは、細胞 - 細胞および細胞 - 粒子間相互作用に重要な洞察を提供しながら、このような高い試薬の消費および剪断接着マップを生成するために複数の実験ランの必要性など、いくつかの制限を受ける。 SynVivo合成微小血管ネットワーク（SynVivo-SMNs）の使用は、生体内の状態に模倣条件での一回の実験からの剪断接着マップの生成を可能にしま?...

細胞間および粒子 - 細胞相互作用を研究するための現在のアッセイは、典型的には粒子または細胞は、タンパク質マトリックスまたは接着細胞上でインキュベートされた静的なウェルプレートフォーマットを含む。指定されたインキュベーション時間の終了時に、付着粒子または細胞の数を、顕微鏡1を用いて定量する。これらのアッセイは、これらの相互作用の背後にある生物化学的プロセスに重要な洞察を提供するにもかかわらず、主要な制限は、生理的な流体（典型的な微小循環の）流れと粒子の付着への影響がないことである。 この制限を克服するために、 インビトロのフローチャンバーは、近年開発されている。これらのフローチャンバーの共通要素は、 インビボ 2 の血管において観察される壁せん断速度と一致するように、低レイノルズ数で灌流透明な装置である。血管壁は、流れcの一面に生体分子の被膜または細胞の増殖のいずれかによってモデル化されるhamber 3。粒子4-7又は8-16の細胞は、次いで種々の剪断速度下で粒子を付着させるの数を定量化するために流速の所望の範囲内に流される。 しかし、生化学的現象を研究し、検証するための平行板フローチャンバーの使用は、かなり高価であり、時間がかかる。これは、複数の実験が付着粒子/細胞の数に対する流体剪断の地図を生成するために行われる必要があるという事実に主に起因する。また、プレートフローチャンバーは、それらの大きなサイズ（高さ&gt;250μmで、幅&gt; 1mm）のに試薬を大量に必要とする。最後に、これらのデバイスは、正確に生体内に存在する幾何学的特徴（ 例えば 、分岐点）とフロー条件（ 例えば 、フローを発散対収束）をモデル化しないでください。 リソグラフィベースの微細加工17〜19の最近の進歩により、ラボ·オン·チップのフィールドを加速していますデバイス20〜21。これらのデバイスは、マイクロメートル領域における寸法の平行板フローチャンバーの小型化されたバージョンの開発に尽力してきました。ディメンションの減少も試薬、細胞や実験に必要とされる粒子の体積の面で大きなメリットが得られます。しかしながら、現在利用可能なデバイスの重要な制限は、in vivoで観察複合体微小血管系を模倣していない微小血管をモデル化する線形チャネルの使用である。 我々は最近、生体内の条件の合成表現、その結果、使い捨てのプラスチック基板上に微小血管のネットワークを再作成するための新たな方法論を開発しました。これらのデバイスは、SynVivo、合成微小血管ネットワーク（SMN）と呼ばれるPDMSベースのソフトリソグラフィプロセスを使用して開発されている。 SynVivo-SMNデバイスは、細胞/粒子の密着22の剪断接着マップを得るために使用することができ、研究では、薬物送達及びh 23を標的とin vivoデータ24〜25と比較して検証されていAVE。本論文では、それによって、資源と時間の大幅な節約をもたらす1-5μLと小さい容量の中で単一の実験から、せん断接着マップの生成を可能にするプロトコルを提示する。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="638">
	<tbody>
		<tr>
			<td>SynVivo-SMN</td>
			<td>CFD Research</td>
			<td>SMN-001</td>
			<td>Exclusive at CFDRC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CFD-ACE+</td>
			<td>ESI Inc.</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Avidin</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>43-4401</td>
			<td>Any avidin source will work for this assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biotinylated Particles</td>
			<td>Polysciences</td>
			<td>24173-1</td>
			<td>Any source of biotinylated particles will work for the assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tygon Tubing</td>
			<td>VWR</td>
			<td>63018-044</td>
			<td>Size is typical for use with SynVivo-SMN</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NIKON Elements</td>
			<td>NIKON Instruments</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Any other imaging software can be used</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

generation of shear adhesion map using synvivo synthetic microvascular networks

セル/粒子接着アッセイは疾患の病態生理に関与して生化学的相互作用を理解する上で重要であり、新たな治療薬の開発のための探求の重要な用途がある。静的条件を用いたアッセイは、 生体内環境との相関性を制限する、剪断に対する密着性の依存性を捕捉することができない。生理学的な流体の流れの下での密着性を定量化する平行板フローチャンバーは、剪断接着マップを生成するための複数の実験を必要とする。加えて、それらはインビボ規模および形態を表し、実験のための試薬 ​​の大量（〜ml）を必要としない。本研究では、マイクロ流体デバイス、SynVivo-SMNベースの微小血管ネットワークを用いて単一の実験からの剪断接着マップの生成を示す。このデバイスは、幾何学的な規模、形態学的要素、フロー機能との細胞間相互作用を含む、 生体内血管系で複合体を再作成in vitroでのフォーマット、それによって基本のため、生物学的に現実的な環境を提供し、細胞挙動、薬物送達、および創薬応用研究。アッセイは、マイクロチップのアビジン被覆表面とのビオチン2μmの被覆粒子との相互作用を研究することによって実証された。微小血管系において観察剪断の全範囲は、生理的条件下で粒子に対するせん断マップ対接着を可能にする単一のアッセイで得られる。

図1Aは、概略的かつSynVivo-SMN装置の明視野像を示す。 図1Bは、スライドガラス上に搭載SynVivo-SMN装置を示す。 図1Cは 、真空デシケーター中で水でプライミング以下のチューブを有する装置を示している。 図2aは、実験的な設定までのイメージを示す。 図2Bは、2ミクロンビオチン化粒子の結合後の典型的なア?...

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Generation of Shear Adhesion Map Using SynVivo Synthetic Microvascular Networks

Flow chambers used in adhesion experiments typically consist of linear flow paths and require multiple experiments at different flow rates to generate a shear adhesion map. SynVivo-SMN enables the generation of shear adhesion map using a single experiment utilizing microliter volumes resulting in significant savings in time and consumables.

SynVivo合成微小血管網を利用した剪断接着マップの生成

Cell/particle adhesion assays are critical to understanding the biochemical interactions involved in disease pathophysiology and have important ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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