Name: electrotaxis studies of lung cancer cells using a multichannel dual-electric-field microfluidic chip
Uploaded: 2015-12-29T15:00:00
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This work is financially supported by the Ministry of Science and Technology, Taiwan (Contract no. MOST 103-2113-M-001 -003 -MY2) and the Research Program on Nanoscience and Nanotechnology, Academia Sinica, Taiwan.

1. Projeto e Fabricação do Chip MDF <ol><li> Desenhe um padrão de camada de acrílico individual utilizando software comercial, como AutoCAD, e salvar o padrão. <ol><li> Rever o desenho do padrão de folha de acrílico de quatro camadas na Figura 1A e confirmar as conexões inter-camada. </li></ol></li><li> Fabricar todas as chapas acrílicas ea fita dupla face por ablação a laser utilizando um CO 2 riscador laser (Figuras 1B, 2A, <st...

<ol>
	<li>McCaig, C. D., Rajnicek, A. M., Song, B., Zhao, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+cell+behavior+electrically:+current+views+and+future+potential.">Controlling cell behavior electrically: current views and future potential.</a> Physiol Rev. 85, 943-978 (2005).</li><li>Djamgoz, M. B. A., Mycielska, M., Madeja, Z., Fraser, S. P., Korohoda, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directional+movement+of+rat+prostate+cancer+cells+in+direct-current+electric+field:+involvement+of+voltagegated+Na++channel+activity.">Directional movement of rat prostate cancer cells in direct-current electric field: involvement of voltagegated Na+ channel activity.</a> J Cell Sci. 114, 2697-2705 (2001).</li><li>Pu, 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=EGF+receptor+signaling+is+essential+for+electric-field-directed+migration+of+breast+cancer+cells.">EGF receptor signaling is essential for electric-field-directed migration of breast cancer cells.</a> J Cell Sci. 120, 3395-3403 (2007).</li><li>Huang, C. W., Cheng, J. Y., Yen, M. H., Young, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrotaxis+of+lung+cancer+cells+in+a+multiple-electric-field+chip.">Electrotaxis of lung cancer cells in a multiple-electric-field chip.</a> Biosens Bioelectron. 24, 3510-3516 (2009).</li><li>Huang, C. W., 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=Gene+expression+of+human+lung+cancer+cell+line+CL1-5+in+response+to+a+direct+current+electric+field.">Gene expression of human lung cancer cell line CL1-5 in response to a direct current electric field.</a> PLoS One. 6, e25928 (2011).</li><li>Sun, Y. S., Peng, S. W., Lin, K. H., Cheng, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrotaxis+of+lung+cancer+cells+in+ordered+three-dimensional+scaffolds.">Electrotaxis of lung cancer cells in ordered three-dimensional scaffolds.</a> Biomicrofluidics. 6, 14102-1410214 (2012).</li><li>Tsai, H. F., 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=Evaluation+of+EGFR+and+RTK+signaling+in+the+electrotaxis+of+lung+adenocarcinoma+cells+under+direct-current+electric+field+stimulation.">Evaluation of EGFR and RTK signaling in the electrotaxis of lung adenocarcinoma cells under direct-current electric field stimulation.</a> PLoS One. 8, e73418 (2013).</li><li>Hou, H. S., Tsai, H. F., Chiu, H. T., Cheng, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+chemical+and+electrical+stimulation+on+lung+cancer+cells+using+a+multichannel-dual-electric-field+chip.">Simultaneous chemical and electrical stimulation on lung cancer cells using a multichannel-dual-electric-field chip.</a> Biomicrofluidics. 8, (2014).</li><li>Faupel, 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=Electropotential+evaluation+as+a+new+technique+for+diagnosing+breast+lesions.">Electropotential evaluation as a new technique for diagnosing breast lesions.</a> Eur J Radiol. 24, 33-38 (1997).</li><li>Szatkowski, M., Mycielska, M., Knowles, R., Kho, A. L., Djamgoz, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophysiological+recordings+from+the+rat+prostate+gland+in+vitro:+identified+single-cell+and+transepithelial+(lumen)+potentials.">Electrophysiological recordings from the rat prostate gland in vitro: identified single-cell and transepithelial (lumen) potentials.</a> BJU Int. 86, 1068-1075 (2000).</li><li>McCaig, C. D., Song, B., Rajnicek, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+dimensions+in+cell+science.">Electrical dimensions in cell science.</a> J Cell Sci. 122, 4267-4276 (2009).</li><li>Das, T., Maiti, T. K., Chakraborty, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Traction+force+microscopy+on-chip:+shear+deformation+of+fibroblast+cells.">Traction force microscopy on-chip: shear deformation of fibroblast cells.</a> Lab Chip. 8, 1308-1318 (2008).</li><li>Lin, F., Butcher, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=T+cell+chemotaxis+in+a+simple+microfluidic+device.">T cell chemotaxis in a simple microfluidic device.</a> Lab Chip. 6, 1462-1469 (2006).</li><li>Li, J., Zhu, L., Zhang, M., Lin, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+device+for+studying+cell+migration+in+single+or+co-existing+chemical+gradients+and+electric+fields.">Microfluidic device for studying cell migration in single or co-existing chemical gradients and electric fields.</a> Biomicrofluidics. 6, 24121-2412113 (2012).</li><li>Tsai, H. F., Peng, S. W., Wu, C. Y., Chang, H. F., Cheng, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrotaxis+of+oral+squamous+cell+carcinoma+cells+in+a+multiple-electric-field+chip+with+uniform+flow+field.">Electrotaxis of oral squamous cell carcinoma cells in a multiple-electric-field chip with uniform flow field.</a> Biomicrofluidics. 6, 34116 (2012).</li><li>Cheng, J. Y., Wei, C. W., Hsu, K. H., Young, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct-write+laser+micromachining+and+universal+surface+modification+of+PMMA+for+device+development.">Direct-write laser micromachining and universal surface modification of PMMA for device development.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 99, 186-196 (2004).</li><li>Chu, Y. W., 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=Selection+of+invasive+and+metastatic+subpopulations+from+a+human+lung+adenocarcinoma+cell+line.">Selection of invasive and metastatic subpopulations from a human lung adenocarcinoma cell line.</a> Am J Respir Cell Mol Biol. 17, 353-360 (1997).</li><li>Cheng, J. Y., Yen, M. H., Kuo, C. T., Young, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+transparent+cell-culture+microchamber+with+a+variably+controlled+concentration+gradient+generator+and+flow+field+rectifier.">A transparent cell-culture microchamber with a variably controlled concentration gradient generator and flow field rectifier.</a> Biomicrofluidics. 2, 24105 (2008).</li><li>Cheng, J. -. Y., Yen, M. -. H., Hsu, W. -. C., Jhang, J. -. H., Young, T. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ITO+patterning+by+a+low+power+Q-switched+green+laser+and+its+use+in+the+fabrication+of+a+transparent+flow+meter.">ITO patterning by a low power Q-switched green laser and its use in the fabrication of a transparent flow meter.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 17, 2316 (2007).</li><li>Pu, J., Zhao, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Golgi+polarization+in+a+strong+electric+field.">Golgi polarization in a strong electric field.</a> J Cell Sci. 118, 1117-1128 (2005).</li><li>Zhao, M., Bai, H., Wang, E., Forrester, J. V., McCaig, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+stimulation+directly+induces+pre-angiogenic+responses+in+vascular+endothelial+cells+by+signaling+through+VEGF+receptors.">Electrical stimulation directly induces pre-angiogenic responses in vascular endothelial cells by signaling through VEGF receptors.</a> J Cell Sci. 117, 397-405 (2004).</li><li>Yao, L., Shanley, L., McCaig, C., Zhao, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+applied+electric+fields+guide+migration+of+hippocampal+neurons.">Small applied electric fields guide migration of hippocampal neurons.</a> J Cell Physiol. 216, 527-535 (2008).</li></ol>

Encontramos o processo de adesão adaptadores de acrílico para Camada 1 do chip MDF a ser complicado. A aplicação de apenas 1 a 2 ul de super-cola é suficiente para aderir firmemente o adaptador no chip MDF. Grandes quantidades de cola resultou em uma polimerização incompleta do super-cola e falta em aderir. Uma vez que os adaptadores de acrílico foram firmemente aderido no chip MDF, fuga de líquido no sistema microfluídico raramente ocorria. Além disso, O / N incubação dentro da câmara de vácuo ajudou a r...

O comportamento de células aderentes que se deslocam em relação um ânodo ou cátodo sob uma corrente eléctrica directa de campo (dcEF) é referido como electrotaxis. O comportamento electrotactic de células desempenha um papel importante na embriogénese, a regeneração do nervo, e a cicatrização de feridas. 1 As células de tumor, tais como células de cancro da próstata de rato, células de cancro da mama, 2 e 3 de adenocarcinoma do pulmão de células 4-8 mostraram movimento electrotactic sob uma dcEF aplicada . O EF fisiológica foi medido em tecidos glandulares. 9,10 Electrotaxis também tem sido relatada em células de tumor da glândula associada a 2,3. Tomados em conjunto, os electrotaxis de células cancerosas é considerado um factor de metástase. 11 Controlando a orientação eléctrica de células cancerosas sob dcEF pode ser uma abordagem potencial para o tratamento futuro de cancro. No entanto, hoje, o mecanismo molecular detalhada de electrotaxis permanece controverso. Portanto, uma investigação do influence da estimulação elétrica sobre a migração de células de câncer pode facilitar o desenvolvimento de estratégias para o tratamento do câncer. Recentemente, dispositivos bio-microfluídicos foram fabricadas para estudar as respostas celulares a fluir força de cisalhamento, 12 gradientes químicos, 13 e estímulos elétricos 4 in vitro. O fabrico de dispositivos de microfluidos que utilizam bio-polidimetilsiloxano (PDMS) ou polimetilmetacrilato (PMMA, também conhecido como acrílico) conseguiu reduzir a taxa de falha de tais experiências. Além disso, a utilização de dispositivos de microfluidos de base acrílica como um protótipo para investigar temas biológicos é mais simples do que utilizando PDMS fichas. Várias funções em dispositivos à base de acrílicos têm sido desenvolvidos para electrotaxis estudo. No entanto, nenhum dos modelos anteriores são capazes de testar simultaneamente os efeitos de várias condições químicas e o campo eléctrico sobre as células para electrotaxis estudo. Assim, foi desenvolvido um dispositivo microfluídico-o multichannel dual-elétrico-campo (MDF) de quatro canais independentes de cultura e oito condições experimentais diferentes em um único chip contendo chips. O chip de MDF à base de acrílico, relatada pela primeira vez por Hou et ai., 8 integra estimulação eléctrica e vários canais quimicamente isolado. Estes canais quimicamente isoladas podem ser usadas para a cultura de células de diferentes tipos em um experimento. O dcEF nos canais é produzido por uma fonte de alimentação elétrica. Dois campos elétricos independentes, um com a força aplicada de campo elétrico (EFS) e outro com 0 EFS, são realizados em cada canal quimicamente isolado. Deste modo, o chip fornece EF-coexistente controlado melhor e estimulação química. Além disso, os resultados da simulação numérica da difusão química dentro do chip MDF indicar que não ocorreu contaminação cruzada entre os canais, após um período experimental de 24 horas. 8 Em comparação com o device relatado por Li et al., 14 o chip MDF fornece uma área de cultura em geral, o que permite, para posterior análise bioquímica das células estimuladas electricamente. Além disso, com a área de observação maior do chip MDF, mais células podem ser observados no teste, de modo que a análise de velocidade de migração ou direcionamento das células estimuladas electricamente é mais preciso. Os desenhos de chips de um único canal de estudos anteriores relatados por Huang et al. 4 e Tsai et al. 15 permitir que apenas um tipo de célula ou de produto químico a ser testado. No entanto, o chip de MDF podem ser utilizados para investigar os efeitos de vários produtos químicos na electrotaxis, bem como os efeitos da estimulação eléctrica sobre diferentes tipos de células. Em outras palavras, o chip MDF permite o estudo eficiente de dependências químicas de dose.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr >
			<td >Reagent</td>
			<td ></td>
			<td ></td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >DMEM medium</td>
			<td >Gibco,Invitrogen, USA</td>
			<td >12800-017</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Fetal Bovine Serum</td>
			<td >Gibco,Invitrogen, USA</td>
			<td >16000-044</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Trypsin</td>
			<td >Gibco,Invitrogen, USA</td>
			<td >25200-072</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >PBS</td>
			<td >Basic Life</td>
			<td >BL2651</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Y-27632 (hydrochloride)</td>
			<td >Cayman Chemical Co</td>
			<td >10005583</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >agarose</td>
			<td >LONZO, USA</td>
			<td >SeaKem LE AGAROSE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >syringe</td>
			<td>Terumo</td>
			<td>3 ml with Luer taper</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >3-way stopcock</td>
			<td>Nipro</td>
			<td >with Luer taper</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >PMMA (acrylic)</td>
			<td >HiShiRon Industries CO., Ltd, Taiwan</td>
			<td ></td>
			<td >thickness 1mm, 2mm</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >acrylic adaptor</td>
			<td >KuanMin Technology Co., Ltd, Taichung, Taiwan</td>
			<td >1/4-28 port, 10x10x6 mm</td>
			<td>customized</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >nut</td>
			<td >Thermo Fisher Scientific Inc.</td>
			<td >UPCHURCH:P-206x, P-200x, F120x, P-659, P-315x</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Microscope cover glass</td>
			<td >Deckgl&#228;ser, Germany</td>
			<td >24x60 mm</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >double-sided tape</td>
			<td >3M</td>
			<td >PET 8018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >super glue</td>
			<td >3M</td>
			<td >Scotch Liquid Plus Super Glue</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Teflon tube</td>
			<td >HENG YI ENTERPRISE CO., LTD., Taiwan</td>
			<td >UPTB_06, DUPONT TEFLON BRAND RESIN FEP TUBING</td>
			<td>outer diameter 1/16 in., inner diameter 0.03 in.; Upchurch Scienti&#64257;c</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >TFD4 detergent</td>
			<td >Franklab, France</td>
			<td >TFD4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >ultrasonic steri cleaner</td>
			<td >LEO ULTRASONIC CO., LTD., Taiwan</td>
			<td ></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Thermo bonder</td>
			<td >KuanMin Technology Co., Ltd, Taichung, Taiwan</td>
			<td>customized</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >CO2 laser scriber</td>
			<td >LTT group, Taiwan</td>
			<td >ISL-II</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >indium tin oxide glass (ITO glass)</td>
			<td >AimCore Technology Co., Ltd</td>
			<td >TN/STN, &#8806;10&#937;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >proportional-integral-derivative (PID) controller</td>
			<td>JETEC Electronics Co., Japen</td>
			<td >TTM-J40-R-AB,</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >K-type thermocouple</td>
			<td >TECPEL</td>
			<td >TPK-02A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >4-channel syringe pump</td>
			<td >KdScientific, USA</td>
			<td >250P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >DC power supply</td>
			<td >GWInstek, Taiwan</td>
			<td ></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >X-Y-Z motor stage</td>
			<td >TanLian, E-O Co. Ltd., Taiwan</td>
			<td>customized</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >inverted microscope</td>
			<td >Olympus, Japan</td>
			<td >CKX41</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >digital SLR camera</td>
			<td >Canon, Japan</td>
			<td >60D</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electrotaxis studies of lung cancer cells using a multichannel dual-electric-field microfluidic chip

O comportamento de migração direccional de células sob uma corrente eléctrica directa de campo (dcEF) é referido como electrotaxis. O papel fisiológico significativo de dcEF em guiar o movimento de células durante o desenvolvimento embrionário, a diferenciação celular, a cicatrização de feridas e tem sido demonstrada em vários estudos. Através da aplicação de chips microfluídicos para um ensaio electrotaxis, o processo de investigação é encurtado e erros experimentais são minimizados. Nos últimos anos, os dispositivos microfluidicos feitos de substâncias poliméricas (por exemplo, polimetilmetacrilato, PMMA, ou acrílico) ou polidimetilsiloxano (PDMS) têm sido amplamente utilizados no estudo das respostas das células à estimulação eléctrica. No entanto, ao contrário de numerosos passos necessários para fabricar um dispositivo de PDMS, a construção simples e rápido dos micro chip de acrílico fl uidic o torna adequado tanto para dispositivo de prototipagem e produção. No entanto, nenhum dos dispositivos relatados facilitar o estudo da química eficiente e simultânea DCEF efeitos sobre as células. Neste relatório, nós descrevemos nosso projeto e fabricação de um chip de múltiplos canais de base acrílica dual-elétrico-campo (MDF) para investigar o efeito simultâneo de química e estimulação elétrica em células de câncer de pulmão. O chip MDF fornece oito combinações de estímulos elétricos / químicos em um único teste. O chip não só reduz drasticamente o tempo necessário experimental, mas também aumenta a precisão na electrotaxis estudos.

Fabricação e montagem do dispositivo de MDF Um diagrama esquemático do chip MDF à base de acrílicos é mostrado na Figura 1A. Quatro placas de acrílico, uma tampa de vidro, 13 adaptadores de acrílico, e um pedaço de fita dupla face foram utilizados na montagem do chip MDF concluída (Figura 2D). Há apenas quatro canais independentes de cultura no disp...

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Electrotaxis Studies of Lung Cancer Cells using a Multichannel Dual-electric-field Microfluidic Chip

Many microfluidic devices have been developed for use in the study of electrotaxis. Yet, none of these chips allows the efficient study of the simultaneous chemical and electric-field (EF) effects on cells. We developed a polymethylmethacrylate-based device that offers better-controlled coexisting EF and chemical stimulation for use in electrotaxis research.

Electrotaxis Estudos de pulmão células de câncer usando um Multichannel Dual-elétrico-campo Microfluidic Chip

The behavior of directional cell migration under a direct current electric-field (dcEF) is referred to as electrotaxis. The significant role of ...

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