Name: a lab-on-a-chip platform for stimulating osteocyte mechanotransduction and analyzing functional outcomes of bone remodeling
Uploaded: 2020-05-21T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Lab-On-A-Chip Platform for Stimulating Osteocyte Mechanotransduction and Analyzing Functional Outcomes of Bone Remodeling at JoVE.com

이 작품은 그랜트 Nos. (CBET 1060990 및 EBMS 1700299)에서 국립 과학 재단에 의해 지원되었다. 또한, 이 자료는 그랜트 번호 (2018250692)에 따라 국립 과학 재단 대학원 연구 펠로우십 프로그램에 의해 지원 되는 작업을 기반으로합니다. 이 자료에 표현 된 의견, 결과, 결론 또는 권장 사항은 저자의 의견이며 반드시 국립 과학 재단의 견해를 반영하지는 않습니다.

1. 칩 마스크 준비
참고: 1.1단계 - 1.3단계는 칩 마스크를 처음 받으면 한 번만 수행하면 됩니다. 사용 중에 마스크가 절하지 않도록 합니다. 미세 유체 마스크의 설계는 이전에11,,14를기술했다. 마스크는 사내에서 설계되었으며 고해상도 스테레오리소그래피(그림1A)를사용하여 상업적으로 제작되었?...

<ol>
	<li>Hemmatian, H., Bakker, A. D., Klein-Nulend, J., van Lenthe, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aging,+Osteocytes,+and+Mechanotransduction.">Aging, Osteocytes, and Mechanotransduction.</a> Current Osteoporosis Reports. 15 (5), 401-411 (2017).</li><li>Bonewald, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+amazing+osteocyte.">The amazing osteocyte.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 26 (2), 229-238 (2011).</li><li>Middleton, K., Al-Dujaili, S., Mei, X., Gunther, A., You, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+co-culture+platform+for+investigating+osteocyte-osteoclast+signalling+during+fluid+shear+stress+mechanostimulation.">Microfluidic co-culture platform for investigating osteocyte-osteoclast signalling during fluid shear stress mechanostimulation.</a> Journal of Biomechanics. 59, 35-42 (2017).</li><li>Kou, 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=A+multishear+microfluidic+device+for+quantitative+analysis+of+calcium+dynamics+in+osteoblasts.">A multishear microfluidic device for quantitative analysis of calcium dynamics in osteoblasts.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. 408 (2), 350-355 (2011).</li><li>Ma, H. 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=A+microfluidic+chip-based+co-culture+of+fibroblast-like+synoviocytes+with+osteoblasts+and+osteoclasts+to+test+bone+erosion+and+drug+evaluation.">A microfluidic chip-based co-culture of fibroblast-like synoviocytes with osteoblasts and osteoclasts to test bone erosion and drug evaluation.</a> Royal Society Open Science. 5 (9), 180528 (2018).</li><li>Jang, K., 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=Development+of+an+osteoblast-based+3D+continuous-perfusion+microfluidic+system+for+drug+screening.">Development of an osteoblast-based 3D continuous-perfusion microfluidic system for drug screening.</a> Analytical and Bioanalytical Chemistry. 390 (3), 825-832 (2008).</li><li>Yu, 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=A+microfluidic-based+multi-shear+device+for+investigating+the+effects+of+low+fluid-induced+stresses+on+osteoblasts.">A microfluidic-based multi-shear device for investigating the effects of low fluid-induced stresses on osteoblasts.</a> PLOS ONE. 9 (2), e89966 (2014).</li><li>Hwang, P. W., Horton, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variable+osteogenic+performance+of+MC3T3-E1+subclones+impacts+their+utility+as+models+of+osteoblast+biology.">Variable osteogenic performance of MC3T3-E1 subclones impacts their utility as models of osteoblast biology.</a> Scientific Reports. 9 (1), 8299 (2019).</li><li>Beier, E. E., Holz, J. D., Sheu, T. J., Puzas, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elevated+lifetime+lead+exposure+impedes+osteoclast+activity+and+produces+an+increase+in+bone+mass+in+adolescent+mice.">Elevated lifetime lead exposure impedes osteoclast activity and produces an increase in bone mass in adolescent mice.</a> Toxicological Sciences. 149 (2), 277-288 (2016).</li><li>Chaudhary, L. R., Hofmeister, A. M., Hruska, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+growth+factor+control+of+bone+formation+through+osteoprogenitor+differentiation.">Differential growth factor control of bone formation through osteoprogenitor differentiation.</a> Bone. 34 (3), 402-411 (2004).</li><li>George, E. L., Truesdell, S. L., York, S. L., Saunders, 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=Lab-on-a-chip+platforms+for+quantification+of+multicellular+interactions+in+bone+remodeling.">Lab-on-a-chip platforms for quantification of multicellular interactions in bone remodeling.</a> Experimental Cell Research. 365 (1), 106-118 (2018).</li><li>Truesdell, S. L., George, E. L., Saunders, 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=Cellular+considerations+for+optimizing+bone+cell+culture+and+remodeling+in+a+lab-on-a-chip+platform.">Cellular considerations for optimizing bone cell culture and remodeling in a lab-on-a-chip platform.</a> Biotechniques. , (2019).</li><li>Truesdell, S. L., George, E. L., Seno, C. E., Saunders, 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=3D+printed+loading+device+for+inducing+cellular+mechanotransduction+via+matrix+deformation.">3D printed loading device for inducing cellular mechanotransduction via matrix deformation.</a> Experimental Mechanics. 59 (8), 1223-1232 (2019).</li><li>George, E. L., Truesdell, S. L., Magyar, A. L., Saunders, 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=The+effects+of+mechanically+loaded+osteocytes+and+inflammation+on+bone+remodeling+in+a+bisphosphonate-induced+environment.">The effects of mechanically loaded osteocytes and inflammation on bone remodeling in a bisphosphonate-induced environment.</a> Bone. 127, 460-473 (2019).</li><li>George, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Quantifying the roles of stimulated osteocytes and inflammation in bone remodeling Doctor of Philosophy. , (2019).</li><li>York, S. L., Sethu, P., Saunders, 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=In+vitro+osteocytic+microdamage+and+viability+quantification+using+a+microloading+platform.">In vitro osteocytic microdamage and viability quantification using a microloading platform.</a> Medical Engineering &amp; Physics. 38 (10), 1115-1122 (2016).</li><li>Hui, A. Y., Wang, G., Lin, B., Chan, W. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microwave+plasma+treatment+of+polymer+surface+for+irreversible+sealing+of+microfluidic+devices.">Microwave plasma treatment of polymer surface for irreversible sealing of microfluidic devices.</a> Lab Chip. 5 (10), 1173-1177 (2005).</li><li>Millare, 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=Dependence+of+the+quality+of+adhesion+between+poly(dimethylsiloxane)+and+glass+surfaces+on+the+conditions+of+treatment+with+oxygen+plasma.">Dependence of the quality of adhesion between poly(dimethylsiloxane) and glass surfaces on the conditions of treatment with oxygen plasma.</a> Langmuir. 24 (22), 13218-13224 (2008).</li><li>Lee, J. N., Park, C., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solvent+compatibility+of+poly(dimethylsiloxane)-based+microfluidic+devices.">Solvent compatibility of poly(dimethylsiloxane)-based microfluidic devices.</a> Analytical Chemistry. 75 (23), 6544-6554 (2003).</li><li>Regehr, K. 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=Biological+implications+of+polydimethylsiloxane-based+microfluidic+cell+culture.">Biological implications of polydimethylsiloxane-based microfluidic cell culture.</a> Lab Chip. 9 (15), 2132-2139 (2009).</li><li>Wang, Y., Burghardt, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uncured+PDMS+inhibits+myosin+in+vitro+motility+in+a+microfluidic+flow+cell.">Uncured PDMS inhibits myosin in vitro motility in a microfluidic flow cell.</a> Analytical Biochemistry. 563, 56-60 (2018).</li><li>Millet, L. J., Stewart, M. E., Sweedler, J. V., Nuzzo, R. G., Gillette, M. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+devices+for+culturing+primary+mammalian+neurons+at+low+densities.">Microfluidic devices for culturing primary mammalian neurons at low densities.</a> Lab Chip. 7 (8), 987-994 (2007).</li><li>Kilic, O., 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=Brain-on-a-chip+model+enables+analysis+of+human+neuronal+differentiation+and+chemotaxis.">Brain-on-a-chip model enables analysis of human neuronal differentiation and chemotaxis.</a> Lab Chip. 16 (21), 4152-4162 (2016).</li><li>Van Scoy, G. K., 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+cellular+automata+model+of+bone+formation.">A cellular automata model of bone formation.</a> Mathematical Biosciences. 286, 58-64 (2017).</li><li>Truesdell, S. L., Saunders, 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=Bone+remodeling+platforms:+Understanding+the+need+for+multicellular+lab-on-a-chip+systems+and+predictive+agent-based+models.">Bone remodeling platforms: Understanding the need for multicellular lab-on-a-chip systems and predictive agent-based models.</a> Mathematical Biosciences and Engineering. 17 (2), 1233-1252 (2020).</li></ol>

이 기사에서는 골혈구, 파골세포 및 조골 세포배양용 뼈 리모델링 LOC 플랫폼을 제작하기 위한 기초를 설명합니다. 칩 내의 우물의 깊이와 크기를 변경함으로써, 기계적 하중으로 골혈구를 자극하고 뼈 리모델링의 기능적 결과를 정량화하기 위한 여러 구성이 개발되었습니다(그림1B).
칩 조립 중에 플라즈마 산화 프로토콜을 최적화하는 것은...

뼈는 세 가지 주요 세포 유형 중 복잡한 조정을 필요로하는 매우 역동적 인 조직입니다: 골세포, 골세포, 파골 세포. 이 세포 사이 다세포 상호 작용은 마비 와 장기 부동성 도중 생기는 뼈 손실에 및 성장과 운동에 응하여 생기는 뼈 대형에 책임 있습니다. 가장 풍부한 뼈 세포 유형인 골세포는 뼈에 가해지는 기계적 자극에 매우 민감합니다. 기계적 자극은 골혈구 대사 활성을 변화시키고 주요 신호 분자1,,2의증가로 이어집니다. 이 과정을 통해, 메카노 트랜스 덕션으로 알려진, 골세포는 직접 골아세포 (뼈 형성 세포)와 파골 세포 (뼈 재소자 세포)의 활동을 조정할 수 있습니다. 뼈 항상성을 유지 하려면 뼈 형성 및 뼈 흡수 속도 사이 엄격한 규제 필요; 그러나, 이 프로세스에 있는 중단은 골다공증 골다공증 골다공증 골다공증골페트로증과 같은 질병 국가 귀착될 수 있습니다.
이 3개의 세포 모형 사이 상호 작용의 복잡성은 마이크로 유체 및 실험실 에 칩 (LOC) 기술을 이용한 조사에 잘 빌려준다. 이를 위해 우리 연구실은 최근 뼈 리모델링 과정에서 뼈 재흡수 및 형성(기능적 결과)을 분석하기 위한 LOC 플랫폼의 개념 증명을 확립했습니다. 이 플랫폼은 세포 상호 작용, 변경된 로딩 환경 및 조사용 약물 스크리닝 연구에 사용될 수 있습니다. 최근, 뼈 리모델링을 조절 하는 분자 신호 경로 조사 하기 위해 다양 한 미세 유체 장치 개발 되었습니다.; 그러나, 이러한 시스템의 대부분은 기능 적 활동3,,4,,5,,6,,7을나타내는 간접 마커를 통해 리모델링을 정량화한다. 우리 시스템의 장점은 기능적 결과의 직접 정량화에 사용할 수 있다는 것입니다. 뼈 리모델링은 장기적인 과정입니다. 이와 같이, 골 흡수 및 형성의 직접 정량화는,,8개월, 9,810,911까지최소 몇 주 동안 유지될 수 있는 배양 시스템을 필요로 한다. 따라서 LOC 플랫폼을 개발할 때 형성 및 재흡수에 필요한 장기 배양 프로토콜을 확립하고 최대 7주 동안 시스템 내에서 세포를유지관리했습니다 11. 추가적으로, 우리는 플랫폼에 두 세포 모형을 위한 적당한 배양 기판을 통합했습니다; 골골세포는 뼈에 직접 배양되었고, 플라스틱 부착으로 알려진 조골 세포는 폴리스티렌 디스크에서 배양되었습니다. 또한, 리모델링 분석을 위한 불임, 장기 세포독성 및 칩 분해에 관한 문제를해결하였으며 11,,12.
LOC 플랫폼은 또한 매트릭스 변형을 통해 골혈구 메카노 트랜스듀션을 유도하는 데 사용될 수 있습니다. 3D 프린팅 기계적 로딩 장치는 LOC와 페어링하고 평면 소멸에서 정적을 적용하여셀(13)을스트레칭하도록 개발되었다. 이러한 기계적 하중을 수용하기 위해 LOC 내의 웰 깊이가 증가했습니다. 이 작은 규모, 간단한 기계 적재 장치는 제한된 엔지니어링 경험이있는 실험실에서 쉽게 생산 할 수 있으며 이전에 3D 인쇄 구성 요소(13)의도면을 공유했습니다. 현재 작업에서, 우리는 LOC의 성공적인 사용에 필요한 새로운 기술의 일부를 보여줍니다. 구체적으로, 우리는 칩 제조, 기능 기판에 셀 시드, 기계적 로딩 및 리모델링 정량화를위한 칩 분해를 보여줍니다. 우리는 이러한 기술에 대한 설명이 시각적 형식의 이점을 얻을 수 있다고 믿습니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acrylic sheet</td>
			<td>Optix</td>
			<td>--</td>
			<td>3.175 mm thick</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Angled dispensing tips</td>
			<td>Jensen Global</td>
			<td>JG18-0.5X-90</td>
			<td>Remove plastic connector prior to use</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biopsy punch</td>
			<td>Robbins Instruments</td>
			<td>RBP-10</td>
			<td>1 mm diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bone wafers</td>
			<td>Boneslices.com</td>
			<td>0.4 mm thick</td>
			<td>Bovine cortical bone</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine calf serum</td>
			<td>Hyclone</td>
			<td>SH30072</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calipers</td>
			<td>Global Industrial</td>
			<td>T9F534164</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell spatula</td>
			<td>TPP</td>
			<td>99010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chip mask</td>
			<td>ProtoLabs</td>
			<td>Custom-designed</td>
			<td>Print material: Accura SL 5530</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cork borer</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>07-865-10B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton tipped applicator</td>
			<td>Puritan</td>
			<td>806-WCL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Culture dish (100 mm)</td>
			<td>Corning</td>
			<td>430591</td>
			<td>Sterile, Non-tissue culture treated</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Culture dish (150 mm)</td>
			<td>Corning</td>
			<td>430597</td>
			<td>Sterile, Non-tissue culture treated</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double sided tape</td>
			<td>3M Company</td>
			<td>Scotch 237</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum</td>
			<td>Hyclone</td>
			<td>SH30910</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>22-327379</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leveling box</td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>--</td>
			<td>3D printed</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Masking tape</td>
			<td>3M Company</td>
			<td>Scoth 2600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MC3T3-E1 preosteoblasts</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>CRL-2593</td>
			<td>Subclone 4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mechanical loading device</td>
			<td>Custom-made</td>
			<td>--</td>
			<td>3D printed</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Minimum essential alpha medium</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>12571-063</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MLO-Y4 osteocytes</td>
			<td>--</td>
			<td>--</td>
			<td>Gift from Dr. Lynda Bonewald</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Packaging tape</td>
			<td>Duck Brand</td>
			<td>--</td>
			<td>Standard packaging tape</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraffin film</td>
			<td>Bemis Parafilm</td>
			<td>PM999</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin/streptomycin</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>p4333</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma cleaner</td>
			<td>Harrick Plasma</td>
			<td>PDC-001</td>
			<td>Expanded plasma cleaner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane kit</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>Sylgard 184</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polystyrene coverslips</td>
			<td>Nunc Thermanox</td>
			<td>174942</td>
			<td>Sterile, tissue culture treated</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oven</td>
			<td>Quincy Lab</td>
			<td>12-180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RAW264.7 preosteoclasts</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>TIB-71</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel</td>
			<td>BD Medical</td>
			<td>372611</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone tubing</td>
			<td>Saint-Gobain Tygon</td>
			<td>ABW00001</td>
			<td>ID: 1/32&#34; (0.79 mm), OD: 3/32&#34; (2.38 mm)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SolidWorks software</td>
			<td>Dassault Syst&#232;mes</td>
			<td>--</td>
			<td>Used to generate 3D printed models and perform FEA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spray adhesive</td>
			<td>Loctite</td>
			<td>2323879</td>
			<td>Multi-purpose adhesive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe (5 ml)</td>
			<td>BD Medical</td>
			<td>309646</td>
			<td>Sterile</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe pump</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td>70-2213</td>
			<td>Pump 11 Pico Plus</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tapered laboratory spatula</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>21-401-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Two-part expoxy</td>
			<td>Loctite</td>
			<td>1395391</td>
			<td>5 minute quick set</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Type I collagen</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354236</td>
			<td>Rat tail collagen</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum desiccator</td>
			<td>Bel-Art</td>
			<td>F42010-0000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Waterproof sealant</td>
			<td>Gorilla</td>
			<td>8090001</td>
			<td>100% silicone sealant</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a lab-on-a-chip platform for stimulating osteocyte mechanotransduction and analyzing functional outcomes of bone remodeling

뼈 리모델링은 골격 성장 및 수리뿐만 아니라 기계 환경의 변화에 적응하는 데 필요한 엄격하게 규제되는 프로세스입니다. 이 과정에서 메카노에민성 골세포는 이화 파골세포와 단백 동화 골아세포 사이의 반대 반응을 조절합니다. 이 프로세스를 조절하는 매우 복잡한 신호 경로를 더 잘 이해하기 위해 당사의 실험실은 소규모 시스템 내에서 뼈 리모델링의 기능적 결과(형성 및 재흡수)를 분석하기 위한 기초 실험실 온 어 칩(LOC) 플랫폼을 개발했습니다. 뼈 리모델링은 몇 주에서 몇 달까지 진행되는 긴 과정이므로 시스템 내에서 장기 세포 배양 프로토콜을 개발했습니다. 골아세포 및 파골세포는 LOC 내의 기능활성 기판상에서 성장시키고 최대 7주 동안 유지하였다. 그 후, 칩을 분해하여 뼈 형성 및 재흡수의 정량화를 허용하였습니다. 또한 LOC 플랫폼과 페어링되는 3D 프린팅 기계 적재 장치를 설계했으며 셀룰러 매트릭스를 변형하여 골혈구 메카노 트랜스듀션을 유도하는 데 사용할 수 있습니다. 우리는 LOC 플랫폼 내에서 골세포, 골세포 및 파골세포에 대한 세포 배양 프로토콜을 최적화했으며 불임 및 세포 독성에 대한 우려를 해결했습니다. 여기서는 LOC의 제조 및 살균, 기능성 기판의 시딩 셀, 기계적 부하 유도 및 LOC 분해를 통해 엔드포인트 결과를 정량화하는 프로토콜을 제시합니다. 우리는 이러한 기술이 뼈 리모델링을위한 진정한 오르간 온 칩을 개발하기위한 토대를 마련한다고 믿습니다.

얕은 웰 구성은 조골 세포 및 골골아의 기능 적 활성을 분석하는 데 사용할 수 있습니다. 파골 세포와 파골 세포에 의한 재흡수를 통한 뼈 형성은 몇 주에서 몇 달까지의 순서로 배양 시간을 필요로합니다. MC3T3-E1 프리골아세포로부터의 뼈 형성은 알리자린 레드 및 폰 코사 얼룩11,,15를사용하여 정량화되었다. 49일째에, 알리자린 ...

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A Lab-On-A-Chip Platform for Stimulating Osteocyte Mechanotransduction and Analyzing Functional Outcomes of Bone Remodeling

여기서는 랩 온 어 칩 플랫폼 내에서 뼈 리모델링을 분석하기 위한 프로토콜을 제공합니다. 3D 프린팅 된 기계적 로딩 장치는 셀룰러 매트릭스를 변형시킴으로써 골혈구 기계화 변환을 유도하기 위해 플랫폼과 페어링 될 수 있습니다. 이 플랫폼은 또한 파골 세포와 파골 세포 (재흡수 / 형성)에서 뼈 리모델링 기능 결과를 정량화하는 데 사용할 수 있습니다.

골연세포 메카노트랜스덕션 을 자극하고 뼈 리모델링의 기능적 결과 분석을 위한 Lab-On-A-Chip 플랫폼

Bone remodeling is a tightly regulated process that is required for skeletal growth and repair as well as adapting to changes in the mechanical ...

여기서 우리는 적응형 실험실-온-칩 플랫폼 내에서 뼈 세포를 배양하기 위한 프로토콜을 제시합니다. 이러한 기술은 기계적으로 유도된 뼈 리모델링을 조절하는 메커니즘에 대한 이해를 높이기 위해 사용될 수 있습니다. 우리의 시스템은 변경 된 기계적 적재 환경에 대한 응답으로 뼈 형성 및 재흡수의 직접 적인 정량화를 가능하게 뼈 세포의 장기 배양을 할 수 있습니다.이러한 기초 기술의 사용은 골다공증, 골절 치유 및 periprosthetic 골다정산과 같은 뼈 관련 문제의 수로 확장 발견으로 이어질 수 있습니다. 웰 및 마이크로채널 층을 만들려면 PDMS 프리폴리머 및 경화제를 플라스틱 컵에 10대 1의 비율로 결합하고 격렬하게 혼합한 다음 30분 동안 폴리머를 탈가스로 드시면 됩니다. 적절한 사전 레벨 마스크 위에 혼합물을 천천히 붓습니다.30분 동안 앉아서 섭씨 45도에서 18시간 동안 굽습니다. 테이퍼 된 실험실 주걱으로 PDMS의 가장자리를 느슨하게하고 조심스럽게 마스크에서 벗겨 낸 다음 메스와 3D 인쇄 템플릿으로 개별 칩을 잘라 서 포장 테이프로 표면 청소하십시오. PDMS 멤브레인 층을 만들려면 PDMS를 혼합, 붓기 및 베이킹하기 위한 이전 단계를 반복합니다.레벨링 상자에서 PDMS 시트를 제거하고 웰 및 마이크로 채널 레이어의 치수와 일치하는 개별 멤브레인을 잘라냅니다. 캘리퍼를 사용하여 중앙의 멤브레인 두께를 측정하고 원하는 두께 를 벗어난 멤브레인을 폐기한 다음 포장 테이프로 멤브레인을 조심스럽게 청소하고 파라핀 필름에 놓습니다. PDMS 뚜껑 레이어를 만들려면 PDMS를 혼합, 붓기 및 베이킹하기 위한 이전 단계를 반복합니다.개별 뚜껑을 크기로 절단한 후 1mm 생검 펀치로 PDMS를 통해 구멍을 뚫고 포장 테이프로 표면을 청소하십시오. 중간 무선 주파수 전원 설정에서 플라즈마 클리너로 1층과 2층의 표면을 활성화한 다음 레이어 1의 액세스 구멍을 2층의 마이크로채널과 정렬하고 두 레이어를 함께 단단히 누릅니다. 딥웰 설계를 위해, 플라즈마 처리 중에 3층의 파라핀 필름을 평평한 표면에 부착하기 위해 양면 테이프를 사용하여 2층과 3층으로 이 과정을 반복하십시오.PDMS 멤브레인에서 여분의 재료를 잘라 조심스럽게 칩의 바닥에서 파라핀 필름의 시트를 벗겨. 칩을 섭씨 65도에서 10분간 구워 PDMS 층 간의 결합 강도를 늘린 다음, 각 분배 팁을 뚜껑의 액세스 구멍에 삽입하고 마이크로 파이프 팁을 사용하여 2부 에폭시로 고정하여 각 팁 주위에 에폭시를 적용합니다. 에폭시가 완전히 경화된 후, 표면은 70%에탄올로 칩을 청소하고 생물안전 캐비닛으로 옮기습니다.멸균 실리콘 튜브와 디스펜싱 팁에 5 밀리리터 주사기를 연결하고 적어도 30 초 동안 70 %에탄올로 전체 칩을 채웁니다. 칩에서 에탄올을 제거하고 하룻밤 동안 UV 빛으로 살균하십시오. 다음 날, 증류수로 칩을 세 번 씻고 물로 채우고 분배 팁에서 튜브를 제거합니다.칩을 섭씨 37도에서 최소 48시간 동안 배양합니다. 압축 스프링을 플레이트 의 샤프트 주위에 놓고 베이스 하단의 중앙 구멍에 삽입 한 다음 다이얼 블록을 4 개의 셀프 태핑 나사로 베이스 바닥에 부착합니다. 중앙 나사 주위에 두 번째 압축 스프링을 놓습니다.나사를 다이얼 하단의 육각형 모양의 구멍에 삽입하고 어셈블리를 다이얼 블록 중앙의 나사 구멍에 나사로 연결합니다. 4명의 남성-암컷 스탠드오프를 기지 바닥에 나사로 넣습니다. 플레이트 의 상단이 베이스의 상단 아래에 될 때까지 반시계 방향으로 다이얼을 돌려 장치에서 여유를 제거한 다음, 플레이트의 상단이 베이스의 상단과 레벨이 될 때까지 천천히 다이얼을 시계 방향으로 돌립니다.5 밀리리터 주사기를 사용하여 깊은 칩에서 물을 제거하고 아세트산에 I 콜라겐 유형 의 200 마이크로 리터로 우물의 바닥을 코팅한 후 한 시간 동안. 칼슘과 마그네슘으로 DPBS를 사용하여 칩을 세 번 헹구고 칩 홀더에 넣습니다. 종아리 혈청, FBS 및 페니실린/연쇄절제술로 보충된 MEM 알파 배지에서 MLO-Y4 골다세포로 칩을 시드합니다.디스펜싱 팁에서 튜브를 제거하고 칩을 깊은 문화 요리에 넣고 세포를 섭씨 37도, 이산화탄소 5%로 72시간 동안 배양합니다. 인큐베이션 후 멸균 튜브를 사용하여 팁을 분배하고 5 밀리리터 주사기를 사용하여 칩에서 소비된 배양 매체를 제거한 다음 칩을 신선한 배지로 천천히 리필합니다. 칩 홀더를 로딩 장치 베이스 상단의 직사각형 인셋에 넣고 뚜껑에 있는 슬롯을 통해 튜브를 공급하고 뚜껑을 베이스로 고정합니다.원하는 도금 변위가 도달 할 때까지 다이얼을 시계 방향으로 돌려 셀에 부하를 적용 한 다음 로드 장치를 빈 P1000 마이크로 파이펫 팁 상자에 넣고 15 분 동안 부하로 셀을 배양합니다. 인큐베이션 후 다이얼을 시계 반대 방향으로 원래 의 시작 위치로 전환하여 셀에서 하중을 제거한 다음 장치에서 뚜껑을 제거하고 칩 홀더를 딥 웰 배양 판에 배치하고 90분 동안 셀을 배양합니다. 칩에서 조건부 배지를 제거하고 칩 홀더에서 칩을 제거하기 위해 5 밀리리터 주사기를 사용한 다음 테이퍼 주걱을 사용하여 PDMS 뚜껑과 잘 층 사이의 결합을 끊습니다.이제 셀을 분석할 준비가 되었습니다. 얕은 우물 구성은 골세포 및 골세포의 기능적 활동을 분석하는 데 사용할 수 있습니다. 프리오스테오스트로부터의 뼈 형성은 알리자린 레드와 폰 코사 얼룩을 사용하여 정량화하였다.골세포에서 뼈 흡수는 흡수 구덩이의 존재를 확인하기 위해 툴루이딘 블루 염색 및 스캐닝 전자 현미경 검사를 사용하여 정량화되었다. 딥웰 칩 구성은 비행기 팽창에서 정적을 통해 세포를 스트레칭하여 골세포 메카노트랜스듀션을 유도하는 데 사용되었습니다. 칩에 시드된 골세포의 이미지는 증류수를 가진 칩의 48시간 배큐어가 일반적인 형태학에서 세포 생존가능성을 유지하는 데 중요하다는 것을 보여줍니다.로딩의 시합 동안, 골세포는 PDMS 멤브레인에 유도된 균주 그라데이션에 노출되었다. 1밀리미터와 2밀리미터 사이의 값에 대한 평균 동등한 균주와 도금 변위 사이의 관계가 결정되었고 유도된 균주의 대표적인 열맵이 생성되었다. 하중 후, 세포 생존가능성은 락테이트 탈수소효소 염색및 부속서 V 및 죽은 세포 분석으로 분석되었다.스트레치 탈수소 효소 얼룩의 스트레치 탈수소 염분은 더 높은 스트레인 값의 위치에 해당하는 우물의 외부 가장자리 근처에서 가벼운 염색을 보였다. 우리의 플랫폼은 다재다능함의 높은 수준을 제공하고 부하 유도 메카노 트랜스듀션, 염증 및 약물 효과와 같은 뼈 리모델링을 조절하는 다양한 요인을 조사하는 데 사용할 수 있습니다. 여기에 제시된 기술은 뼈 건강을 통제하는 다세포 복잡성의 우리의 이해를 크게 향상시킬 수 있는 칩에 진정한 뼈 기관을 개발하기 위한 기초를 제공합니다.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Axon Stretch Growth: The Mechanotransduction of Neuronal Growth

액슨 스트레치 성장의 연결을 성장의 Mechanotransduction

During pre-synaptic embryonic development, neuronal processes traverse short distances to reach their targets via growth cone. Over time, neuronal somata ...

연구

생체공학

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

에 대한 기계적 적응 고분자 나노 복합 재료의 환경 제어 Microtensile 테스트<em&gt; 생체</em&gt; 특성

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, ...

A Versatile Automated Platform for Micro-scale Cell Stimulation Experiments

마이크로 스케일 세포 자극 실험을위한 다목적 자동화 플랫폼

Study of cells in culture (in vitro analysis) has provided important insight into complex biological systems. Conventional methods and equipment for in ...

Preparation of Hydroxy-PAAm Hydrogels for Decoupling the Effects of Mechanotransduction Cues

mechanotransduction의 큐의 영향 디커플링에 대한 히드 록시 PAAm 히드로 겔의 제조

It is now well established that many cellular functions are regulated by interactions of cells with physicochemical and mechanical cues of their ...

A Novel Stretching Platform for Applications in Cell and Tissue Mechanobiology

세포와 조직 Mechanobiology의 응용 프로그램에 대한 새로운 스트레칭 플랫폼

Tools that allow the application of mechanical forces to cells and tissues or that can quantify the mechanical properties of biological tissues have ...

Gradient Strain Chip for Stimulating Cellular Behaviors in Cell-laden Hydrogel

그라데이션 변형 칩 셀 라덴 히드로에 자극 세포 행동에 대 한

Artificial guidance for cellular alignment is a hot topic in the field of tissue engineering. Most of the previous research has investigated single ...

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

높은 처리량 단일 세포의 분리 및 문화를위한 미세 유체 플랫폼

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

입자의 공간 추적을위한 멀티 플렉스 전자 감지와 미세 유체 플랫폼

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

Assembly and Tracking of Microbial Community Development within a Microwell Array Platform

마이크로 웰 어레이 플랫폼 내 미생물 공동체 개발의 구성 및 추적

The development of microbial communities depends on a combination of complex deterministic and stochastic factors that can dramatically alter the spatial ...

Fabrication and Validation of an Organ-on-chip System with Integrated Electrodes to Directly Quantify Transendothelial Electrical Resistance

제조 및 통합된 전극 Transendothelial 전기 저항을 직접 측정 하는 기관-온-칩 시스템의 유효성 검사

Organs-on-chips, in vitro models involving the culture of (human) tissues inside microfluidic devices, are rapidly emerging and promise to provide useful ...