Name: microfluidic model to mimic initial event of neovascularization
Uploaded: 2021-04-10T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Microfluidic Model to Mimic Initial Event of Neovascularization at JoVE.com

Эта работа была поддержана Национальным фондом исследований естественных наук Китая Гранты в помощь (грант No 11827803, 31971244, 31570947, 11772036, 61533016, U20A20390 и 32071311), Национальная ключевая программа исследований и разработок Китая (грант No 2016YFC1101101 и 2016YFC1102202), проект 111 (B13003) и Пекинский фонд естественных наук (4194079).

1. Подготовка вафель
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот протокол специфичен для СУ-8 2075 отрицательный фоторезист, используемый в ходе этого исследования.
<ol><li>Очистите кремниевую пластину от 3 до 5 раз метанолом и изопропанолом на спиновом пальто следующим образом: сначала вращайся по 15 с п...

Долгое время наблюдение за неоваскуляризацией в режиме реального времени было проблемой. Несколько подходов были разработаны в последнее время для создания перфлитированных сосудов накладки с ECs и прилегающих к внеклеточнойматрицы для прорастания 22,32<...

Неоваскуляризация происходит во многих нормальных ипатологических процессов 1,2,3,4 , которые включают всебядва основных процесса у взрослых, ангиогенез иартериогенез 5. Помимо наиболее известных факторов роста, таких как сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF) 6 ,механическаястимуляция, в частности, кровоток индуцированного стресса стрижки, имеет важное значение в регуляции неоваскуляризации7. Как известно, величина и формы стресса стрижки резко и динамично различаются в разных частях сосудов, что приводит к значительному воздействиюна сосудистые клетки 8,9,10,11,12. Предыдущие исследования показали, что стресс стрижки может повлиять на различные аспекты ЭК, в том числе клеточные фенотипические изменения, трансдукция сигнала, экспрессия генов, исвязь с фресками клетки 13,14,15,16,17,18,19,20; следовательно, регулировать неоваскуляризацию21,22,23,24.
Поэтому, чтобы лучше понять неоваскуляризацию, важно реконструировать процесс при естественной клеточной микрооквидеония in vitro. В последнее время было создано много моделей для создания микро-сосудов и обеспечения точного контроля микрооконденций25,26,27,пользуясь достижениями в области микрофабрикации и микрофлюидных технологий. В этих моделях, микро-сосуды могут бытьсозданы гидрогеля 28,29, polydimethylsiloxane (PDMS) микрофлюидныхчипов 30,31,32 или 3Dбиопечати 33,34. Некоторые аспекты микроокантиронии, такие как светящийсястресс стрижки 22,23,35,36, трансендотельный поток37,38,39,40, биохимический градиентангиогенных факторов 41,42, штамм / растянуть43,44,45, и совместно культурных с другимитипами клеток 32,46 были имитированы и контролируются. Как правило, большой резервуар или шприц насос был использован для обеспечения perfused среды. Трансендотельный поток в этих моделях был создан падением давления междурезервуаром и микротрубой 22,23,38,40. Тем не менее, механическая микроокантиния было трудно поддерживать постоянно таким образом. Трансендотелиальный поток будет увеличиваться, а затем превышать физиологический уровень, если высокая скорость потока с высоким стрессом стрижки был использован для перфузии. Предыдущее исследование показало, что в начальный период неоваскуляризации, скорость трансендотелиального потока очень низка из-за нетронутых ЭК и мембраны подвала, как правило, под 0,05 мкм/с8. Между тем, хотя светимый стресс стрижки в сосудистой системе сильно варьируется, он относительно высок со средними значениями 5-20дин/см 2,11,47. На данный момент, скорость трансендотельного потока в предыдущих работах, как правило, хранится между 0,5-15 мкм /с 22,38,39,40, и светящийся блеск стресс, как правило, под 10 дин /см 223. По-прежнему трудно подвергать ЭК высокому светимому стрессу стрижки и физиологическому уровню трансендотельного потока одновременно. 
В настоящем исследовании мы описываем 3D-модель in vitro, имитирующий начальное событие неоваскуляризации (MIEN). Мы разработали микрофлюидный чип и автоматическую систему управления, высокоэффективную систему циркуляции для формирования микротрубок перфузии и имитации процессапрорастания 48. С помощью модели MIEN микроокниронизация ЭК, стимулируемая в начальный период неоваскуляризации, в первую очередь резюмируется. ЭК можно стимулировать высоким светимым стрессом стрижки, физиологическим уровнем трансендотелиального потока и различным распределением VEGF одновременно. Мы подробно описываем шаги по созданию модели MIEN и ключевые моменты, на которые следует обратить внимание, надеясь предоставить рекомендации для других исследователей.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.25% Trypsin-EDTA</td>
			<td>Genview</td>
			<td>GP3108</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagen I, rat tail</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354236</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAPI</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D9542</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electromagnetic pinch valve</td>
			<td>Wokun Technology</td>
			<td>WK02-308-1/3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Endothelial cell medium (ECM)</td>
			<td>Sciencell</td>
			<td>1001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal bovine serum (FBS)</td>
			<td>Every Green</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fibronectin</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354008</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FITC-dextran</td>
			<td>Miragen</td>
			<td>60842-46-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Graphical programming environment</td>
			<td>Lab VIEW</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image editing software</td>
			<td>PhotoShop</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image processing program</td>
			<td>ImageJ</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>91237</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithography equipment</td>
			<td>Institute of optics and electronics, Chinese academy of sciences</td>
			<td>URE-2000/35</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>82762</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-peristaltic pump</td>
			<td>Lead Fluid</td>
			<td>BT101L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-syringe pump</td>
			<td>Lead Fluid</td>
			<td>TYD01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen plasma</td>
			<td>MING HENG</td>
			<td>PDC-MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P6148</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PBS (10x)</td>
			<td>Beyotime</td>
			<td>ST448</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Permanent epoxy negative photoresist</td>
			<td>Microchem</td>
			<td>SU-8 2075</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phenol Red sodium salt</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P5530</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td>Sylgard 184</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly-D-lysine hydrobromide (PDL)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P7886</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polytetrafluoroethylene</td>
			<td>Teflon</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Program software</td>
			<td>MATLAB</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recombinant Human VEGF-165</td>
			<td>StemImmune LLC</td>
			<td>HVG-VF5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide (NaOH)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>1.06498</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stage top incubator</td>
			<td>Tokai Hit</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8 developer</td>
			<td>Microchem</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>448931</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TRITC Phalloidin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P5285</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

microfluidic model to mimic initial event of neovascularization

Неоваскуляризация обычно инициализируется из существующей нормальной сосудоуположения, а биомеханическая микроокнония эндотелиальных клеток (ЭК) на начальном этапе резко отличается от следующего процесса неоваскуляризации. Хотя существует множество моделей для имитации различных стадий неоваскуляризации, 3D-модель in vitro, которая капитулирует первоначальный процесс неоваскуляризации при соответствующих стимуляциях нормальных микроокулинии сосудов, все еще отсутствует. Здесь мы реконструировали 3D-модель in vitro, которая имитирует начальное событие неоваскуляризации (MIEN). Модель MIEN содержит микрофлюидный прорастающий чип и автоматическую систему управления, высокоэффективную систему циркуляции. Сформировался функциональный, перфузируемый микроканал, покрытый эндотелием, и процесс прорастания был смоделирован в микрофлюидном прорастающих чипах. Первоначально физиологическая микроокнония неоваскуляризации была перепроверена с помощью системы микрофлюидного контроля, с помощью которой ЭК подвергались высокому светимому стрессу стрижки, физиологическому трансендохелиальный поток и различным сосудистым эндотелиальным факторам роста (VEGF) одновременно. Модель MIEN может быть легко применена к изучению механизма неоваскуляризации и имеет потенциальные перспективы в качестве недорогой платформы для скрининга лекарственных препаратов и применения токсикологии.

Представленная здесь 3D-модель in vitro, имитирующая первоначальное событие неоваскуляризации (MIEN), состояла из микрофлюидного прорастания чипа и микрофлюидной системы управления. Микрофлюидный прорастающий чип был оптимизирован изпредыдущих публикаций 22,<sup class="xr...

Watch this Scientific Journal Video about Microfluidic Model to Mimic Initial Event of Neovascularization at JoVE.com

Microfluidic Model to Mimic Initial Event of Neovascularization

Здесь мы предоставляем микрофлюидный чип и автоматически контролируемую, высокоэффективную микрофлюидную систему циркуляции, которая рекапиталитирует начальную микроокноронизацию неоваскуляризации, позволяя эндотелиальным клеткам (ЭК) стимулироваться высоким люминесцентным стрессом, физиологическим уровнем трансендотелиального потока и различным сосудистым эндотелиальным фактором роста (VEGF) одновременно.

Микрофлюидная модель для имитации первоначального события неоваскуляризации

Neovascularization is usually initialized from an existing normal vasculature and the biomechanical microenvironment of endothelial cells (ECs) in the ...

Неоваскуляризация, генерация новых кровеносных сосудов является строго регулируемым процессом как в нормальных, так и в патологических явлениях. Чтобы лучше понять неоваскуляризацию, важно реконструировать процесс в естественной клеточной микросреду in vitro. Мы разработали микрофлюидный чип и автоматическое управление.Высокоэффективные циркуляции делается для формирования перфузии микротрубок и имитации использования белка, чтобы повторить к первоначальному событию новой васкуляризации. Микрофлюидный прорастающий чип состоял из трех каналов. Эндотелиальный канал культуры клеток и жидкий канал были разделены широким центральным гидрогелевым каналом.Система микрофлюидного управления состояла из микрохирургического насоса и электромагнитного клапана щепотки. Чип ловушки пузыря, микрофлюидный прорастающий чип, микроперистальный насос и культурный средний резервуар. С микрофлюидной системой эндотелиальные клетки могут стимулироваться высоким светимым стрессом стрижки, физиологическим уровнем трансендотелиального потока и различными сосудистыми эндотелиальными распределениями факторов роста одновременно.Pipette 20 микролитр 125 микрограмм на миллилитр фибронектина в одном медиа-инъекционный порт канала клеточной культуры. Вырезать наконечник пипетки, чтобы соответствовать порту канала культуры клеток с ножницами. Вставьте наконечник пипетки в другой медиа-порт инъекций канала культуры клеток.Затем, пипетка из воздуха из канала клеточной культуры, чтобы заполнить его фибронектином. Инкубировать чипсы при 37 градусах по Цельсию в течение одного часа. Перед посевом клеток, пипетка 20 микролитер эндотелиальной среды ячейки в каждом порту впрыска средств массовой информации и инкубировать чипы при 37 градусов по Цельсию в течение 30 минут.Затем, pipette из всех средств массовой информации во всех портах впрыска средств массовой информации. Далее, пипетка пять микролитеров ячейки подвески в одном медиа-инъекционный порт канала культуры клеток. Затем эндотелиальные клетки быстро распространяются по всему каналу под дифференциальным гидростатическим давлением.Добавьте от четырех до шести микролитров ECM-средств массовой информации в другой порт, чтобы отрегулировать гидростатическое давление и остановить перемещение клеток. Дистанционное чипы в клеточный инкубатор. Затем переворачивать чипы каждые 30 минут, пока эндотелиальные клетки не покрыть внутреннюю поверхность канала культуры клеток, два часа спустя.Используйте наконечник пипетки, чтобы удалить прикрепленные ячейки в инъекционных портах очень тщательно. Затем вставьте четыре колючие женские адаптеры Luer в порты впрыска мультимедиа и заполните ecM-медиа. Удалите чипы в клеточный инкубатор, меняй экМ-медиа и адаптеры Luer каждые 12 часов.Для сборки микрофлюидной системы управления подготовьем две полиэтиленовые трубки, две короткие силиконовые трубки, три длинные силиконовые трубки, одну колючую женскую адаптер Luer, один разъем типа Y, а затем три разъема типа L. Заполните шприц 10 миллилитров разогретой среды ECM. Подключите полиэтиленовую трубку к шприцу с помощью колючего женского адаптера Luer.Затем соедините другой конец полиэтиленовой трубки с разъемом типа Y. Затем соедините две длинные силиконовые трубки с двумя другими концами разъема типа Y. Мы используем одну трубку для подключения к резервуару, а другая трубка для подключения к чипу ловушки пузыря.Подключите другую длинную силиконовую трубку к резервуару. Далее используйте две короткие силиконовые трубки для подключения всех входных и выходных отверстий на верхнем слое чипа ловушки пузыря. Подключите полиэтиленовую трубку к бэкэнду чипа.Затем зафиксировать шприц на микрохирург насоса. Зарезать две длинные силиконовые трубки в электромагнитный клапан щепотку. Затем переключитесь электромагнитный клапан щепотки, чтобы открыть трубопровод между шприцем и резервуаром.Ввимите средства массовой информации в резервуар с помощью микрохирургного насоса для исчерпания воздуха в трубке. Затем снова переключитесь на клапан, чтобы открыть трубопровод между шприцем и чипом ловушки пузыря. Введать средства массовой информации для заполнения жидкой камеры и бэкэнд трубки чипа ловушки пузыря.Вынюхив эндотелиальные прорастания чипов из клеточного инкубатора, а затем удалите адаптеры Luer со стороны клеточной культуры. Вставьте две трубы пробки в гидрогель инъекционных портов микрофлюидных прорастания чипа. Подключите бэк-энд трубку чипа ловушки пузыря к одному порту канала культуры клеток.Вставьте разъем типа T в другой порт и соедините его с длинной кремниевой трубкой, подключенной к резервуару. Затмите длинную силиконовую трубку в микро перистальтический насос. Затем вставьте воздушный фильтр в резервуар.Затем соберите микрофлюидный прорастающий чип в верхний инкубатор сцены. Затем подключите вакуумный насос к отверстиям в нижнем слое чипа пузырчатой ловушки с помощью трубки TPU. Установите противоположный объем циркуляции и скорость потока в пользовательской программе, которая контролирует микрохирургии насоса и электромагнитного клапана щепотку одновременно.Далее, настроить скорость потока микро перистрального насоса. Включите микрохирург насос. Затем устанавливается система контроля циркуляции.Мы тестируем барьерную функцию некоторых микро-сосудов в нашей модели, измеряя диффузный коэффициент проницаемости 40 kDa F-I-T-C dextrin. Как показано на рисунке, коэффициент диффузной проницаемости чипа статической культуры с клеточной подкладкой составляет 0,1 плюс-минус 0,3 микрометра в секунду. А коэффициент диффузной проницаемости пустого канала без подкладки ячейки составляет 5,4 плюс-минус 0,7 микрометра в секунду.Эндотелиальный прорастания анализ показал, что эндотелиальные клетки проросли в центральный гидрогель в основном после 24 часов статического культивирования, в то время как степень прорастания значительно снизилась с увеличением светимого стресса стрижки. Количественно, светящийся стресс стрижки значительно уменьшился эндотелиального прорастания с точки зрения площади прорастания, средняя длина прорастания, и самая длинная длина ростка. С нашей системой, стрижка нагрузки на эндотелиальные клетки могут быть дополнительно изменены в любое время во время эксперимента в то время как трансендотелиальный поток остался на физиологическом уровне.Эта биомиметическая модель in vitro 3D может быть непосредственно применена к изучению механизма неовасуляризации и имеет потенциальную перспективу в качестве недорогой платформы для скрининга лекарств и применения токсикологии.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Tri-layered Electrospinning to Mimic Native Arterial Architecture using Polycaprolactone, Elastin, and Collagen: A Preliminary Study

Tri-слоистых электропрядения имитировать Родные Артериальная Архитектура использованием поликапролактон, эластин и коллаген: Предварительное исследование

Throughout native artery, collagen and elastin play an important role, providing a mechanical backbone, preventing vessel rupture, and promoting recovery ...

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

Дизайн Циклические биореактора давление для Ex Vivo Изучение аортального клапанов сердца

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

Microfluidic Chip Fabrication and Method to Detect Influenza

Микрофлюидных Изготовление Чип и метод для выявления гриппа

Fast  and effective diagnostics play an important role in controlling infectious  disease by enabling effective patient management and treatment. Here, we ...

A Microfluidic Technique to Probe Cell Deformability

Микрожидкостных Техника для исследования клеток деформируемости

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an ...

A Microfluidic Model of Biomimetically Breathing Pulmonary Acinar Airways

Микрожидком Модель Biomimetically дыхания Легочная ацинарными Airways

Quantifying respiratory flow characteristics in the pulmonary acinar depths and how they influence inhaled aerosol transport is critical towards ...

Using Adhesive Patterning to Construct 3D Paper Microfluidic Devices

С помощью клея паттернирования Построить 3D бумаги микрожидком устройств

We demonstrate the use of patterned aerosol adhesives to construct both planar and nonplanar 3D paper microfluidic devices. By spraying an aerosol ...

Microfluidic Flow Chambers Using Reconstituted Blood to Model Hemostasis and Platelet Transfusion In Vitro

Microfluidic Flow Chambers Using Reconstituted Blood to Model Hemostasis and Platelet Transfusion In Vitro

Микрожидкостных Flow Камеры Использование водостойких крови к модели гемостаза и тромбоцитарный Переливание<em&gt; In Vitro</em

Blood platelets prepared for transfusion gradually lose hemostatic function during storage. Platelet function can be investigated using a variety of ...

Multi-step Variable Height Photolithography for Valved Multilayer Microfluidic Devices

Многоступенчатая переменной высоты фотолитографии для Valved Многослойные микрожидком устройств

Microfluidic systems have enabled powerful new approaches to high-throughput biochemical and biological analysis. However, there remains a barrier to ...

Initial Evaluation of Antibody-conjugates Modified with Viral-derived Peptides for Increasing Cellular Accumulation and Improving Tumor Targeting

Первоначальная оценка антител конъюгаты изменения с пептидами вирусный производные для повышения сотовой накопления и ориентации опухоли

Antibody-conjugates (ACs) modified with virus-derived peptides are a potentially powerful class of tumor cell delivery agents for molecular payloads used ...