Name: assembly and operation of an acoustofluidic device for enhanced delivery of molecular compounds to cells
Uploaded: 2021-01-21T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Assembly and Operation of an Acoustofluidic Device for Enhanced Delivery of Molecular Compounds to Cells at JoVE.com

Dit werk werd mede ondersteund door financiering van de National Science Foundation (#1827521, #1827521, #1450370) en de National Institutes of Health (U01HL127518). Fotolithografiediensten werden geleverd door het University of Louisville Micro/Nano Technology Center.

Volbloeddonaties werden verzameld van gezonde donoren volgens protocollen die waren goedgekeurd door de institutionele beoordelingscommissie van de Universiteit van Louisville.
1. Vervaardiging van acoustofluidic apparaat
<ol><li>Verkrijg een fotomasker met een concentrisch spiraalontwerp met kanalen met een diameter van 500 μm. Een CAD-bestand wordt als voorbeeld in de aanvullende bestanden opgenomen. Een aangepast fotomasker kan worden besteld bij een commerciële leveran...

<ol>
	<li>Gardlik, R., 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=Vectors+and+delivery+systems+in+gene+therapy.">Vectors and delivery systems in gene therapy.</a> Medical Science Monitor. 11 (4), 110-121 (2005).</li><li>Wahlers, 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=Influence+of+multiplicity+of+infection+and+protein+stability+on+retroviral+vector-mediated+gene+expression+in+hematopoietic+cells.">Influence of multiplicity of infection and protein stability on retroviral vector-mediated gene expression in hematopoietic cells.</a> Gene Therapy. 8 (6), 477-486 (2001).</li><li>Nayerossadat, N., Maedeh, T., Ali, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viral+and+nonviral+delivery+systems+for+gene+delivery.">Viral and nonviral delivery systems for gene delivery.</a> Advanced Biomedical Research. 1, 27 (2012).</li><li>Chen, C., Smye, S. W., Robinson, M. P., Evans, 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=Membrane+electroporation+theories:+a+review.">Membrane electroporation theories: a review.</a> Medical &amp; Biological Engineering &amp; Computing. 44 (1-2), 5-14 (2006).</li><li>Gehl, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroporation:+theory+and+methods,+perspectives+for+drug+delivery,+gene+therapy+and+research.">Electroporation: theory and methods, perspectives for drug delivery, gene therapy and research.</a> Acta Physiologica Scandinavica. 177 (4), 437-447 (2003).</li><li>Lin, Y. C., Li, M., Wu, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulation+and+experimental+demonstration+of+the+electric+field+assisted+electroporation+microchip+for+in+vitro+gene+delivery+enhancement.">Simulation and experimental demonstration of the electric field assisted electroporation microchip for in vitro gene delivery enhancement.</a> Lab on a Chip. 4 (2), 104-108 (2004).</li><li>Sugar, I. P., Neumann, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stochastic+model+for+electric+field-induced+membrane+pores.">Stochastic model for electric field-induced membrane pores.</a> Electroporation. Biophysical Chemistry. 19 (3), 211-225 (1984).</li><li>Weaver, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroporation:+a+general+phenomenon+for+manipulating+cells+and+tissues.">Electroporation: a general phenomenon for manipulating cells and tissues.</a> Journal of Cellular Biochemistry. 51 (4), 426-435 (1993).</li><li>Hashimoto, M., Takemoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroporation+enables+the+efficient+mRNA+delivery+into+the+mouse+zygotes+and+facilitates+CRISPR/Cas9-based+genome+editing.">Electroporation enables the efficient mRNA delivery into the mouse zygotes and facilitates CRISPR/Cas9-based genome editing.</a> Scientific Reports. 5, 11315 (2015).</li><li>Klibanov, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbubble+contrast+agents:+targeted+ultrasound+imaging+and+ultrasound-assisted+drug-delivery+applications.">Microbubble contrast agents: targeted ultrasound imaging and ultrasound-assisted drug-delivery applications.</a> Investigative Radiology. 41 (3), 354-362 (2006).</li><li>Klibanov, A. L., Shevchenko, T. I., Raju, B. I., Seip, R., Chin, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasound-triggered+release+of+materials+entrapped+in+microbubble-liposome+constructs:+a+tool+for+targeted+drug+delivery.">Ultrasound-triggered release of materials entrapped in microbubble-liposome constructs: a tool for targeted drug delivery.</a> Journal of Controlled Release. 148 (1), 13-17 (2010).</li><li>Fan, Z., Kumon, R. E., Deng, C. X. <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+microbubble-facilitated+sonoporation+for+drug+and+gene+delivery.">Mechanisms of microbubble-facilitated sonoporation for drug and gene delivery.</a> Therapeutic Delivery. 5 (4), 467-486 (2014).</li><li>Secomski, 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=In+vitro+ultrasound+experiments:+Standing+wave+and+multiple+reflections+influence+on+the+outcome.">In vitro ultrasound experiments: Standing wave and multiple reflections influence on the outcome.</a> Ultrasonics. 77, 203-213 (2017).</li><li>Gedge, M., Hill, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustofluidics+17:+theory+and+applications+of+surface+acoustic+wave+devices+for+particle+manipulation.">Acoustofluidics 17: theory and applications of surface acoustic wave devices for particle manipulation.</a> Lab on a Chip. 12 (17), 2998-3007 (2012).</li><li>Shi, 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=Acoustic+tweezers:+patterning+cells+and+microparticles+using+standing+surface+acoustic+waves+(SSAW).">Acoustic tweezers: patterning cells and microparticles using standing surface acoustic waves (SSAW).</a> Lab on a Chip. 9 (20), 2890-2895 (2009).</li><li>Shi, J., Huang, H., Stratton, Z., Huang, Y., Huang, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+particle+separation+in+a+microfluidic+channel+via+standing+surface+acoustic+waves+(SSAW).">Continuous particle separation in a microfluidic channel via standing surface acoustic waves (SSAW).</a> Lab on a Chip. 9 (23), 3354-3359 (2009).</li><li>Shields, C. W. t., Cruz, D. F., Ohiri, K. A., Yellen, B. B., Lopez, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+operation+of+acoustofluidic+devices+supporting+bulk+acoustic+standing+waves+for+sheathless+focusing+of+particles.">Fabrication and operation of acoustofluidic devices supporting bulk acoustic standing waves for sheathless focusing of particles.</a> Journal of Visualized Experiments. (109), e53861 (2016).</li><li>Belling, J. N., 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=Acoustofluidic+sonoporation+for+gene+delivery+to+human+hematopoietic+stem+and+progenitor+cells.">Acoustofluidic sonoporation for gene delivery to human hematopoietic stem and progenitor cells.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 117 (20), 10976-10982 (2020).</li><li>Centner, C. 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=Ultrasound-induced+molecular+delivery+to+erythrocytes+using+a+microfluidic+system.">Ultrasound-induced molecular delivery to erythrocytes using a microfluidic system.</a> Biomicrofluidics. 14 (2), 024114 (2020).</li><li>Qi, J., Ding, C., Jiang, X., Gao, Y. <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+developing+CAR+T-cell+therapy+for+HIV+cure.">Advances in developing CAR T-cell therapy for HIV cure.</a> Frontiers in Immunology. 11, 361 (2020).</li><li>Annesley, C. E., Summers, C., Ceppi, F., Gardner, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+evolution+and+future+of+CAR+T+cells+for+B-Cell+Acute+lymphoblastic+leukemia.">The evolution and future of CAR T cells for B-Cell Acute lymphoblastic leukemia.</a> Clinical Pharmacology &amp; Therapeutics. 103 (4), 591-598 (2018).</li><li>Hand, S. C., Menze, 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=Molecular+approaches+for+improving+desiccation+tolerance:+insights+from+the+brine+shrimp+Artemia+franciscana.">Molecular approaches for improving desiccation tolerance: insights from the brine shrimp Artemia franciscana.</a> Planta. 242 (2), 379-388 (2015).</li><li>Zhang, 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=Freeze-drying+of+mammalian+cells+using+trehalose:+preservation+of+DNA+integrity.">Freeze-drying of mammalian cells using trehalose: preservation of DNA integrity.</a> Scientific Reports. 7 (1), 6198 (2017).</li><li>Grievink, H. W., Luisman, T., Kluft, C., Moerland, M., Malone, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+three+isolation+techniques+for+human+peripheral+blood+mononuclear+cells:+Cell+recovery+and+viability,+population+composition,+and+cell+functionality.">Comparison of three isolation techniques for human peripheral blood mononuclear cells: Cell recovery and viability, population composition, and cell functionality.</a> Biopreserv Biobank. 14 (5), 410-415 (2016).</li><li>Jaatinen, T., Laine, J. <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+mononuclear+cells+from+human+cord+blood+by+Ficoll-Paque+density+gradient.">Isolation of mononuclear cells from human cord blood by Ficoll-Paque density gradient.</a> Current Protocol in Stem Cell Biology. , (2007).</li><li>Ulmer, A. J., Scholz, W., Ernst, M., Brandt, E., Flad, H. 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+and+subfractionation+of+human+peripheral+blood+mononuclear+cells+(PBMC)+by+density+gradient+centrifugation+on+Percoll.">Isolation and subfractionation of human peripheral blood mononuclear cells (PBMC) by density gradient centrifugation on Percoll.</a> Immunobiology. 166 (3), 238-250 (1984).</li><li>Halldorsson, S., Lucumi, E., Gomez-Sjoberg, R., Fleming, R. M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advantages+and+challenges+of+microfluidic+cell+culture+in+polydimethylsiloxane+devices.">Advantages and challenges of microfluidic cell culture in polydimethylsiloxane devices.</a> Biosensors and Bioelectronics. 63, 218-231 (2015).</li><li>Helfield, B., Chen, X., Watkins, S. C., Villanueva, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biophysical+insight+into+mechanisms+of+sonoporation.">Biophysical insight into mechanisms of sonoporation.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (36), 9983-9988 (2016).</li><li>Hu, Y., Wan, J. M., Yu, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Membrane+perforation+and+recovery+dynamics+in+microbubble-mediated+sonoporation.">Membrane perforation and recovery dynamics in microbubble-mediated sonoporation.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 39 (12), 2393-2405 (2013).</li><li>Kopechek, J. 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=Ultrasound+targeted+microbubble+destruction-mediated+delivery+of+a+transcription+factor+decoy+inhibits+STAT3+signaling+and+tumor+growth.">Ultrasound targeted microbubble destruction-mediated delivery of a transcription factor decoy inhibits STAT3 signaling and tumor growth.</a> Theranostics. 5 (12), 1378-1387 (2015).</li><li>Bhutto, D. 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=Effect+of+molecular+weight+on+sonoporation-mediated+uptake+in+human+cells.">Effect of molecular weight on sonoporation-mediated uptake in human cells.</a> Ultrasound in Medical Biology. 44 (12), 2662-2672 (2018).</li><li>Forbes, M. M., Steinberg, R. L., O'Brien, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency-dependent+evaluation+of+the+role+of+definity+in+producing+sonoporation+of+Chinese+hamster+ovary+cells.">Frequency-dependent evaluation of the role of definity in producing sonoporation of Chinese hamster ovary cells.</a> Journal of Ultrasound in Medicine. 30 (1), 61-69 (2011).</li><li>Helfield, B., Chen, X., Watkins, S. C., Villanueva, F. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biophysical+insight+into+mechanisms+of+sonoporation.">Biophysical insight into mechanisms of sonoporation.</a> Proceedings of National Academy of Science U. S. A. 113 (36), 9983-9988 (2016).</li><li>Miller, D. L., Bao, S., Morris, 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=Sonoporation+of+cultured+cells+in+the+rotating+tube+exposure+system.">Sonoporation of cultured cells in the rotating tube exposure system.</a> Ultrasound in Medical Biology. 25 (1), 143-149 (1999).</li></ol>

Dit protocol beschrijft de assemblage en werking van een goedkoop acoustofluidisch systeem dat de intracellulaire levering van biomoleculen voor onderzoekstoepassingen verbetert. Er zijn verschillende belangrijke factoren waarmee u rekening moet houden bij het assembleren en bedienen van dit systeem. Het acoustofluidische apparaat is vervaardigd in PDMS, een biocompatibel materiaal dat gemakkelijk kan worden gevormd met consistente kanaalafmetingen27. De apparaatkanalen kunnen voorafgaand aan de a...

Virale en niet-virale platforms zijn gebruikt om moleculaire levering aan cellen te verbeteren. Virale toediening (transductie) is een veelgebruikte techniek die wordt gebruikt in celgebaseerde therapieën die genomische modificatie vereisen. Beperkingen met virale toediening omvatten potentiële insertie mutagenese, beperkte transgene capaciteit en ongewenste veelheid van infectie1,2. Daarom zijn niet-virale moleculaire toedieningstechnieken in ontwikkeling voor een breed scala aan biomedische en onderzoekstoepassingen. Veel voorkomende technieken zijn mechanische, elektrische, hydrodynamische of het gebruik van lasergebaseerde energie om de opname van biomoleculen in cellen 3te verbeteren. Elektroporatie is een veelgebruikt niet-viraal moleculair afgifteplatform dat de mogelijkheid heeft om voorbijgaande perforatie in het plasmamembraan te induceren voor intracellulaire levering van moleculaire verbindingen4,5,6,7,8,9. De transiënte perforatie van het plasmamembraan is echter een stochastisch proces en de moleculaire opname via elektroporatie is over het algemeen afhankelijk van passieve diffusie over de voorbijgaande membraanporiën4,7,8.
Een alternatieve methode is het gebruik van ultrageluid voor verbeterde intracellulaire moleculaire toediening via cavitatie van ultrasone contrastmiddelen (d.w.z. met gas gevulde microbubbels). Microbubble cavitatie induceert microstreaming-effecten in de omringende media die voorbijgaande perforatie van nabijgelegen plasmamembranen ("sonoporatie ") kunnen veroorzaken, waardoor een snelle intracellulaire opname van biomoleculen via passieve of actieve transportmechanismen mogelijk is10,11,12. Sonoporatie is een effectieve techniek voor de snelle moleculaire levering aan cellen, maar deze aanpak vereist vaak dure apparatuur en bulkbehandelingsmethoden die worden beperkt door een lagere doorvoer en een hogere variabiliteit in ultrasone blootstellingsomstandigheden13. Om deze beperkingen aan te pakken, zijn acoustofluidische apparaten, die consistente sonoporatie van cellen in suspensie mogelijk maken, momenteel in ontwikkeling.
Acoustofluidics is een groeiend veld dat ultrasone en microfluïdische technologieën integreert voor een breed scala aan toepassingen. Deze benadering is eerder gebruikt voor deeltjesscheiding door continue ultrasone energie toe te passen om staande akoestische golven binnen de vloeistofkanalen14,15,16,17te induceren . Deeltjes worden gesorteerd naar verschillende delen van het apparaat op basis van een verscheidenheid aan eigenschappen, zoals deeltjesgrootte, dichtheid en samendrukbaarheid ten opzichte van het medium16. Acoustofluidische technologieën zijn ook in ontwikkeling om een snelle moleculaire levering aan een verscheidenheid van celtypes voor onderzoekstoepassingen en productie van celtherapieën mogelijk te maken18. Onlangs hebben we een verbeterde moleculaire levering aan erytrocyten aangetoond met behulp van een pdms-gebaseerd acoustofluidisch apparaat19. In het acoustofluidische platform kan cel- en microbubbeldynamiek worden gemanipuleerd om fysieke interacties te induceren die een verbeterde levering van biomoleculen mogelijk maken. De efficiëntie en consistentie van intracellulaire moleculaire toediening kan mogelijk worden verhoogd door de afstand tussen cellen en microbubbels te optimaliseren.
Een belangrijke toepassing voor acoustofluidic-gemedieerde sonoporatie omvat het transport van biomoleculen naar primaire menselijke T-cellen. Immunotherapieën op basis van adoptieve T-celoverdracht, zoals Chimeric Antigen Receptor T cell (CAR T) therapie, zijn snel in opkomst voor de behandeling van verschillende ziekten, waaronder kanker en virussen zoals HIV20. CAR T-therapie is bijzonder effectief geweest bij pediatrische acute lymfoblastische leukemie (ALL) patiënten, met volledige remissiepercentages van 70-90%21. De productie van T-cellen voor deze therapieën hangt echter over het algemeen af van virale transductie, die wordt beperkt door potentiële insertie mutagenese, lange verwerkingstijden en uitdagingen van het leveren van niet-genetische biomoleculen zoals eiwitten of kleine moleculen1. Acoustofluidic-gemedieerde moleculaire leveringsmethoden kunnen mogelijk deze beperkingen overwinnen en de productie van T-celtherapieën verbeteren.
Een andere belangrijke toepassing voor acoustofluidic-gemedieerde sonoporatie omvat intracellulaire levering van conserveermiddelen, zoals trehalose, die cellen beschermen tijdens bevriezing en uitdroging. Trehalose wordt geproduceerd door sommige organismen in de natuur en helpt hen bevriezing en uitdroging te verdragen door hun cellulaire membranen te beschermen22,23. Trehalose wordt echter niet geproduceerd door zoogdiercellen en is ondoordringbaar voor zoogdiercelmembranen. Daarom zijn effectieve moleculaire toedieningstechnieken, zoals sonoporatie, nodig om voldoende intracellulaire trehaloseniveaus te bereiken die nodig zijn om interne cellulaire membranen te beschermen. Deze aanpak is momenteel in ontwikkeling voor droge conservering van verschillende celtypen.
Dit protocol geeft een gedetailleerde beschrijving van de assemblage en werking van een relatief goedkoop acoustofluidisch systeem aangedreven door een microcontroller. Ultrasone contrastmiddelen worden gebruikt om sonoporatie in de vloeibare kanalen te induceren en een snelle moleculaire levering aan verschillende celtypen mogelijk te maken, waaronder T-cellen en kankercellen. Dit acoustofluidic systeem kan worden gebruikt voor een verscheidenheid van onderzoekstoepassingen en kan ook nuttig zijn als een prototype systeem om sonoporatie methoden voor verbeterde celtherapie productieprocessen te evalueren.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Fabrication of Acoustofluidic Device</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DOW SYLGARD 184 SILICONE ENCAPSULANT CLEAR 0.5 KG KIT</td>
			<td>Ellsworth Adhesives</td>
			<td>4019862 (SKU)</td>
			<td>https://www.ellsworth.com/products/by-market/consumer-products/encapsulants/silicone/dow-sylgard-184-silicone-encapsulant-clear-0.5-kg-kit/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Harris Uni-Core (2.5 mm)</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>69039-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microfluidic Reservoir for 15 mL Falcon Tube - S (2/4 port)</td>
			<td>Darwin Microfluidics</td>
			<td>LVF-KPT-S-2 (SKU)</td>
			<td>https://darwin-microfluidics.com/products/15-ml-falcon-tube-microfluidic-reservoir-s-2-4-port</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope Slide</td>
			<td>VWR</td>
			<td>16004-430</td>
			<td>https://us.vwr.com/store/product/4646174/vwr-vistavisiontm-microscope-slides-plain-and-frosted-premium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>trichlorosilane</td>
			<td>Gelest</td>
			<td>105732-02-3 (Cas. No.)</td>
			<td>Chlorosilane is very hazaradous and flammable. Exposure causes severe burns and eye damage.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tygon PVC soft plastic tubing (1/16&#34; ID, 1/8&#34; OD)</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>5233K51 (Part #)</td>
			<td>https://www.mcmaster.com/pvc-tubing/soft-tubing-for-air-and-water/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Assembly of Acoustofluidic System</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino Uno</td>
			<td>Arduino</td>
			<td>7630049200050 (Barcode)</td>
			<td>https://store.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Preparation of Ultrasound Contrast Agents</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,2-distearoyl-sn-glycero-3-ethylphosphocholine (DSEPC)</td>
			<td>Avanti Lipids</td>
			<td>890703P-25mg (SKU)</td>
			<td>https://avantilipids.com/product/890703</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC)</td>
			<td>Avanti Lipids</td>
			<td>850365P-25mg (SKU)</td>
			<td>https://avantilipids.com/product/850365</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoglycerol (DSPG)</td>
			<td>Avanti Lipids</td>
			<td>840465P-25mg (SKU)</td>
			<td>https://avantilipids.com/product/840465</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>APF-140HP (decafluorobutate gas)</td>
			<td>FlouroMed</td>
			<td>355-25-9 (Cas No.)</td>
			<td>http://www.fluoromed.com/products/perfluorodecalin/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DB-338 Amalgamators&#160;</td>
			<td>COXO</td>
			<td></td>
			<td>https://www.coxotec.com/coxo/db-338-amalgamators/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>polyoxyethylene 40 stearate&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P3440-250G (SKU)</td>
			<td>https://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/p3440?lang=en&#38;region=US&#38;gclid= Cj0KCQjwy8f6BRC7ARIsAPIXOjjj Jh_151mYVEUyLZRavt4re9YQMLS vID64X-1KbO3LUKGjVUwb PDAaAqvOEALw_wcB</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Q125 Sonicator</td>
			<td>Qsonica</td>
			<td>Q125-110 (Ref.)</td>
			<td>https://www.sonicator.com/products/q125-sonicator?_pos=1&#38;_sid=406df3776&#38;_ss=r</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Preparation of Primarty T Cells</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>autoMACs running buffer</td>
			<td>Miltenyi Biotec</td>
			<td>130-091-221 (Order No.)</td>
			<td>https://www.miltenyibiotec.com/US-en/products/automacs-running-buffer-macs-separation-buffer.html#gref</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pan T Cell Isolation Kit, human (Pan T-Cell Biotin Antibody Cocktail &#38; Pan T-Cell MicroBead Cocktail)&#160;</td>
			<td>Miltenyi Biotec</td>
			<td>130-096-535 (Order No.)</td>
			<td>https://www.miltenyibiotec.com/US-en/products/pan-t-cell-isolation-kit-human.html#130-096-535</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>magnetic cell sorter (autoMACS Pro Separator)</td>
			<td>Miltenyi Biotec</td>
			<td>130-092-545 (Order No.)</td>
			<td>https://www.miltenyibiotec.com/US-en/products/automacs-pro-separator-starter-kit.html#130-092-545</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Preparation of A549 Lung Cancer Cells</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trehalose Assay Kit&#160;</td>
			<td>Megazyme</td>
			<td>K-TREH (Cat. No.)</td>
			<td>https://www.megazyme.com/trehalose-assay-kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypan blue (0.4% in aqueous solution Ready-to-Use, sterile)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>97063-702 (Cat. No.)</td>
			<td>https://us.vwr.com/store/product/7437427/trypan-blue-0-4-in-aqueous-solution-ready-to-use-sterile</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assembly and operation of an acoustofluidic device for enhanced delivery of molecular compounds to cells

Efficiënte intracellulaire toediening van biomoleculen is vereist voor een breed scala aan biomedisch onderzoek en celgebaseerde therapeutische toepassingen. Echografie-gemedieerde sonoporatie is een opkomende techniek voor snelle intracellulaire toediening van biomoleculen. Sonoporatie treedt op wanneer cavitatie van met gas gevulde microbubbels voorbijgaande poriën vormt in nabijgelegen celmembranen, waardoor een snelle opname van biomoleculen uit de omringende vloeistof mogelijk is. De huidige technieken voor in vitro sonoporatie van cellen in suspensie worden beperkt door langzame doorvoer, variabiliteit in de ultrasone blootstellingsomstandigheden voor elke cel en hoge kosten. Om deze beperkingen aan te pakken, is een goedkoop acoustofluidic apparaat ontwikkeld dat een ultrasone transducer integreert in een pdms-gebaseerd vloeibaar apparaat om consistente sonoporatie van cellen te induceren terwijl ze door de kanalen stromen in combinatie met ultrasone contrastmiddelen. Het apparaat is vervaardigd met behulp van standaard fotolithografietechnieken om de op PDMS gebaseerde vloeistofchip te produceren. Een ultrasone piëzoschijftransducer wordt aan het apparaat bevestigd en aangedreven door een microcontroller. De montage kan worden geïntegreerd in een 3D-geprinte behuizing voor extra bescherming. Cellen en microbubbels worden door het apparaat geduwd met behulp van een spuitpomp of een peristaltische pomp die is aangesloten op PVC-buizen. Verbeterde levering van biomoleculen aan menselijke T-cellen en longkankercellen wordt aangetoond met dit acoustofluidische systeem. In vergelijking met bulkbehandelingsbenaderingen verhoogt dit acoustofluidische systeem de doorvoer en vermindert het de variabiliteit, wat de celverwerkingsmethoden voor biomedische onderzoekstoepassingen en de productie van celgebaseerde therapieën kan verbeteren.

Figuur 1geeft een afbeelding weer van het acoustofluidische systeem dat in een 3D-geprinte behuizing is geassembleerd. Dit protocol produceert een acoustofluidisch systeem dat kan worden gebruikt om de intracellulaire moleculaire levering in meerdere cellijnen te verbeteren met behulp van ultrasone contrastmiddelen.
Figuur 2   toont een verbeterde intracellulaire toediening van een fluorescerende verbinding, fluoresc...

Watch this Scientific Journal Video about Assembly and Operation of an Acoustofluidic Device for Enhanced Delivery of Molecular Compounds to Cells at JoVE.com

Assembly and Operation of an Acoustofluidic Device for Enhanced Delivery of Molecular Compounds to Cells

Dit protocol beschrijft de assemblage en werking van een goedkoop acoustofluidisch apparaat voor snelle moleculaire levering aan cellen via sonoporatie geïnduceerd door ultrasone contrastmiddelen.

Assemblage en werking van een Acoustofluidic-apparaat voor verbeterde levering van moleculaire verbindingen aan cellen

Efficient intracellular delivery of biomolecules is required for a broad range of biomedical research and cell-based therapeutic applications. ...

Dit protocol beschrijft de assemblage en werking van een acoustofluidisch systeem dat efficiënt biomoleculen kan leveren voor een verscheidenheid aan onderzoek en celgebaseerde therapeutische toepassingen. Het belangrijkste voordeel van dit systeem is dat het een snelle levering van biomoleculen aan cellen mogelijk maakt met behoud van hun levensvatbaarheid. Het is een platformtechnologie waarmee cellen kunnen worden getransformeerd voor een verscheidenheid aan cellulaire therapeutische toepassingen, zoals kankerbehandeling.Begin met het combineren van 54 gram PDMS-basis en zes gram uithardingsmiddel in een kopje. Meng krachtig en grondig met een spatel gedurende ten minste één minuut en plaats de beker met de PDMS-oplossing vervolgens ongeveer 30 minuten in een desiccator of totdat de resterende luchtbellen zijn verwijderd. Plaats een fotoresist gecoate wafer met de patronen naar boven in een petrischaal van 150 millimeter en giet de PDMS-oplossing over de mal.Plaats indien nodig de Petrischaal in een desiccator en breng vacuüm aan totdat de resterende luchtbellen verdwijnen. Breng de Petrischaal over in een laboratoriumoven en bak gedurende twee uur op 60 graden Celsius om het PDMS uit te harden. Verwijder na het uitharden voorzichtig het PDMS uit de Petrischaal door met een scheermesje de randen van de wafel door te snijden.Knip elk afzonderlijk apparaat uit met een mes of scheermesje en pons vervolgens gaten door de inlaat- en uitlaatpoorten met een biopsiestoot van 2,5 millimeter. Na behandeling van het PDMS-apparaat met zuurstofplasma, plaatst u elk apparaat onmiddellijk op een schone sodakalkglasmicroscoopschuif met kanalen naar het glasoppervlak gericht. Laat de apparaten 's nachts op kamertemperatuur verlijmen.Breng voorzichtig siliconen aan op het oppervlak van de piëzo-transducer met een diameter van één tot twee millimeter, lijn de transducer vervolgens voorzichtig uit met een concentrische spiraal en druk deze voorzichtig op de onderkant van de glazen microscoopschuif. Sluit een microcontroller aan op een computer met behulp van een USB A-naar-B-kabel. Een groene led-indicator moet branden.Gebruik de bijbehorende software op de computer om een programma te uploaden dat een acht megahertz-signaal genereert. Soldeer een 1 inch 22 gauge draad aan het uiteinde van elke draad op de PZT transducer. Gebruik het vervolgens om de negatieve aansluitdraad van de PZT-transducer aan te sluiten op een GND-pin.Sluit de positieve aansluitdraad van de PZT-transducer via de gesoldeerde draad aan op de uitgangspen. Snijd drie tot zes inch secties van tygon PVC zachte plastic buizen en duw de slang in de inlaat- en uitlaatpoorten. Het kan nodig zijn om de slang te draaien terwijl u druk uitoefent totdat deze in de opening past.Optioneel kan lijm worden aangebracht op de kruising om het PDMS en de slang aan elkaar te lijmen. Monteer eventueel het acoustofluidische apparaat en de microcontroller in een 3D-geprinte behuizing. Monteer het microfluïdische reservoir volgens de instructies van de fabrikant.Snijd een drie tot zes inch sectie van 1/16 inch binnendiameter tygon PVC zachte plastic buizen en duw het over de 1/32 inch binnendiameter buizen van de microfluïdische reservoir uitgang. Wikkel eventueel de verbinding met paraffinefolie om lekkage te voorkomen. Vul een spuit van 60 milliliter met omgevingslucht aan de zijkant van het microfluïdische reservoir.Stel de spuitpomp in op een snelheid van 200 milliliter per uur om de oplossingen van het contrastmiddel met een volumetrisch debiet van 50 milliliter per uur door het acoustofluidische apparaat te duwen en de monsters van de uitgang van het apparaat in een centrifugebuis van 50 milliliter te verzamelen. Bereid een fofolipideoplossing in een scintillatieflacon van 20 milliliter door 25 milligram DSPC, 11,6 milligram DSEPC, 0,26 milligram DSPG en 0,88 milligram polyoxyethyleen40stearaat toe te voegen. Voeg chloroform toe totdat alle fosfolipiden zijn opgelost.Verdamper chloroform gedurende 48 uur in een desiccator om een droge lipidefilm te vormen. Rehydrateer het schuim met 10 milliliter steriel PBS en soniceer vervolgens de lipideoplossing gedurende drie minuten bij 40% amplitude om een kationische micellaire oplossing te vormen. Na sonicatie kan de fofolipideoplossing maximaal een maand bij twee tot zes graden Celsius worden bewaard.Om ultrasone contrastmiddelen voor te bereiden, voegt u 200 microliter kationische micellaire oplossing in 600 microliter steriele PBS toe aan een glazen septumflacon van twee milliliter. Sluit de flacon af door de dop te krimpen. Gebruik een 1,5 inch 20 gauge naald om de ruimte van de flaconkop gedurende 30 seconden te vullen met decafluorbutaangas.Voeg de flacon samen tot perfluorbutaangasgevulde ultrasone contrastmiddelen. Voeg 25 microliter ultrageluidcontrastmiddeloplossing per milliliter celoplossing toe. Pomp vervolgens onmiddellijk het gecombineerde contrastmiddel en celmengsel door het acoustofluidische apparaat.Dit protocol produceert een acoustofluidisch systeem dat kan worden gebruikt om de intracellulaire moleculaire levering in meerdere cellijnen te verbeteren. Intracellulaire toediening van een fluorescerende verbinding, fluoresceïne, aan primaire menselijke T-cellen werd verbeterd met acoustofluidische behandeling in vergelijking met een onbehandelde controlegroep. De fluorescentie-intensiteit van T-cellen nam na de behandeling vervijfvoudigd, wat wijst op een verbeterde afgifte van fluoresceïne.De levensvatbaarheid van cellen nam licht af na een acoustofluidische behandeling, maar bleef boven 80% Acoustofluidische behandeling verbeterde intracellulaire toediening van een conserveermiddelverbinding trehalose aan menselijke A549 longcarcinoomcellen in vergelijking met de stroom alleen en naar cellen in de onbehandelde controlegroep. Het toevoegen van de kationische microbubbels aan de celoplossing is van cruciaal belang. Intracellulaire toediening van biomoleculen zal beperkt zijn zonder kationische microbubbels in oplossing.Dit platform maakt intracellulaire levering van verschillende biomoleculen mogelijk, die de cellulaire functie voor onderzoek of therapeutische doeleinden kunnen veranderen. Na het voltooien van deze procedure kan extra cellulaire karakterisering worden uitgevoerd om de impact van het leveren van verschillende biomoleculen te evalueren.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

In vitro Assembly of Semi-artificial Molecular Machine and its Use for Detection of DNA Damage

In vitro Assembly of Semi-artificial Molecular Machine and its Use for Detection of DNA Damage

In vitro Vergadering van Semi-kunstmatige moleculaire machine en het gebruik ervan voor de detectie van DNA-schade

Naturally occurring bio-molecular machines work in every living cell and display a variety of designs 1-6. Yet the development of artificial molecular ...

Operation of a Benchtop Bioreactor

Exploitatie van een tafelmodel Bioreactor

Fermentation systems are used to provide an optimal growth environment for many different types of cell cultures. The ability afforded by fermentors to ...

A Novel Three-dimensional Flow Chamber Device to Study Chemokine-directed Extravasation of Cells Circulating under Physiological Flow Conditions

A Novel Driedimensionale Flow Kamer Device aan chemokine-gerichte extravasatie van Cellen doorgeven Studie onder Fysiologische stroomtoestanden

Extravasation of circulating cells from the bloodstream plays a central role in many physiological and pathophysiological processes, including stem cell ...

Microscale Vortex-assisted Electroporator for Sequential Molecular Delivery

Microschaal-Vortex bijgestaan ​​Electroporatie voor Sequential Molecular Delivery

Electroporation has received increasing attention in the past years, because it is a very powerful technique for physically introducing non-permeant ...

Ordering Single Cells and Single Embryos in 3D Confinement: A New Device for High Content Screening

Het bestellen van enkele cellen en Single Embryo&#39;s in 3D Opsluiting: een nieuw apparaat voor High Content Screening

Biological cells are usually observed on flat (2D) surfaces. This condition is not physiological, and phenotypes and shapes are highly variable. Screening ...

Synthesis of Cationized Magnetoferritin for Ultra-fast Magnetization of Cells

Synthese van gekationiseerde Magnetoferritin voor ultrasnelle magnetisatie van Cells

Many important biomedical applications, such as cell imaging and remote manipulation, can be achieved by labeling cells with superparamagnetic iron oxide ...

Development of an Electrochemical DNA Biosensor to Detect a Foodborne Pathogen

Ontwikkeling van een elektrochemische DNA Biosensor te detecteren een Foodborne Pathogen

Vibrio parahaemolyticus (V. parahaemolyticus) is a common foodborne pathogen that contributes to a large proportion of public health problems globally, ...

Single-Cell Optical Action Potential Measurement in Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes

Eencellige optische actiepotentiaalmeting in door de mens geïnduceerde pluripotente van stamcellen afgeleide cardiomyocyten

Conventional intracellular microelectrode techniques to quantify cardiomyocyte electrophysiology are extremely complex, labor intensive, and typically ...

Assembly of Cell Mimicking Supported and Suspended Lipid Bilayer Models for the Study of Molecular Interactions

Assemblage van cellimitiek ondersteunde en gesuspendeerde lipide bilayer modellen voor de studie van moleculaire interacties

Model cell membranes are a useful screening tool with applications ranging from early drug discovery to toxicity studies. The cell membrane is a crucial ...

Fibroblast Derived Human Engineered Connective Tissue for Screening Applications

Fibroblast afgeleide human engineered bindweefsel voor screeningstoepassingen

Fibroblasts are phenotypically highly dynamic cells, which quickly transdifferentiate into myofibroblasts in response to biochemical and biomechanical ...