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在活细胞周围增加流体壁

2021年08月18日 伊春机械设备网

在活细胞周围增加流体壁

生物学中日常使用的细胞培养板可以有效地转化为 微流体 装置,为生物学家打开 基于细胞的工作流程小型化的道路 。在最近的一份报告中,博士。研究员Cristian Soitu和英国牛津大学牛津大学工程科学与病理学系的同事描述了一种在细胞周围创建微流体排列的简单方法中国机械网okmao.com。在研究中, 当科学家使用容器中不混溶流体介质之间的界面作为建筑材料时,细胞已经在标准培养皿表面上生长 。

他们通过重塑活细胞周围的液体结构,将传统的细胞培养皿重新用于复杂的微流体装置 。Soitu将他的研究团队建造的新流体成型技术描述为“在选择房屋时担心承诺的细胞的流体结构 - 它们可以很容易地移除,而新的(具有不同的几何形状)建立在适当位置。” 该研究现已发表在 Science Advances上

研究人员使用涉及细胞克隆的工作流程证明了该方法 ; 从盘子中选择性克隆特定克隆; 药物治疗 ; 和伤口愈合。研究工作展示了一种多功能的方法,结合生物友好的特征,以促进生物学家的微流体技术。基于微流体的方法在许多工作流程中已经普及 ,尽管由于各种原因,它们在主流生物学中的应用仍然很慢 ,包括:

材料与细胞生长不相容

微流体架构封闭且无法访问

在实验期间无法重新配置的预定几何形状 - 导致制造和操作的成本

工程师设计的工作流程 与生物学家开发的现有技术不一致。

在过去,科学家们创造了具有纳米级流体壁的三维结构,尽管他们的 生物相容性仍有待评估。因此,在目前的工作中,Soitu等人。开发了一种在原始培养皿上制作分离的微流体室阵列的方法,以适应细胞生物学中的主要工作流程。可能的实例包括细胞进食和转移,克隆,冷冻保存,固定和免疫标记,细胞裂解和 逆转录聚合酶链反应 (RT-PCR)和 CRISPR-Cas9 基因编辑。在此类工作流程的先前实验中,科学家在微流体制造后添加了 细胞。

在目前的工作中,研究人员在含有贴壁细胞的标准培养皿上创建了各种微流体装置,并实时重新配置。他们分离并检索细胞克隆以进行概念验证药物测试和伤口愈合测定,并引入新技术在培养皿上创建和重新配置微流体电路,同时细胞生长和分裂,在主流生物学中具有许多潜在应用。

新技术和概念验证实验

在随后的实验中,研究人员首先用组织培养基覆盖培养皿的底部,并除去大部分培养基,形成覆盖聚苯乙烯基质的薄膜。它们用不混溶的碳氟化合物(FC40)覆盖薄膜以防止蒸发,并作为抵抗外部污染物的屏障以保持介质的无菌性。然后使用Teflon尖端,研究人员接触培养皿的底部,置换水相以形成感兴趣的形状的微流体排列 - 在这种情况下为正方形。利用该技术,研究人员将开放式微流体平台的优势带入了标准细胞培养器。

Soitu等人。 如先前由同一团队所证明的那样,将水相成形为具有少量液体的网格 ,并在选择性室中用选择性染料观察它们。例如,外围腔室接收蓝色染料(形成蓝色方形),内部腔室形成“OXFORD”字样。

研究人员在一个正方形内的三角形内“打印”了一个圆圈,并使用微升的三种染料分别观察了这三种形状; FC40阻止染料混合。结果显示了构建和破坏FC40壁的能力,以有效地将液体限制在任何所需的2-D形状中。

在初步概念验证结果之后,Soitu等人。产生的腔室阵列概括了小鼠乳腺肿瘤细胞 (NM18)的克隆 ,为此它们最初产生网格,然后加入细胞。研究人员首先允许细胞自由生长,由可透过O 2 和CO 2的FC40壁包围,然后通过将单个细胞生长成克隆,然后用不同形状的流体壁围绕它们。

他们表明,只要在随后的处理或取出过程中菌落彼此隔离,就可以很容易地在活细胞周围建立具有不同2-D足迹的流体壁。 先前 在限制的预图案化表面内生长细胞的研究需要在细胞粘附之前进行表面处理 - 这有助于本技术中的显着例外。

在下一步中,研究人员创建了一个参考板,在其上放置了一个含有感兴趣的活细胞集落的培养皿,通过在其周围印刷流体壁来分离其他感兴趣的细胞克隆。在隔离时,他们可以挑选菌落,恢复细胞并按常规生长,以达到预期的效果。由于流体壁可以有效地限制液体,Soitu等人。通过添加嘌呤霉素 - 一种杀死哺乳动物细胞的小分子翻译抑制剂来测试它们的效率 。

在药物筛选实验装置中,它们允许中央室单独接收生长培养基,同时药物以高致死剂量递送至周围室,以显示当仅中央室中的细胞系存活时FC40分离的功效。 。在第二个例子中,Soitu等人。利用遗传修饰的人胚胎肾细胞系的特性 来编码绿色荧光启动子基因。在存在肿瘤坏死因子-α的情况下开启 以发出绿色荧光。流体壁形成了药物暴露的有效屏障 ,验证了该技术的药物筛选潜力。

在伤口愈合中的应用

使用在不同区域预涂有基质胶和纤连蛋白的一个培养皿的概念验证伤口愈合测定。(A)卡通说明工作流程。(a)用FC40覆盖薄层介质。(b)并排印刷两个腔室(每个3mm×4mm)。(c)室内表面涂有基质胶或纤连蛋白(2μl;终浓度为1μg/ cm2; 1小时); 插图显示了一个腔室的图像。现在破坏流体壁,并用3ml培养基洗涤培养皿以除去未附着的涂层。(d)将HEK细胞(600,000)接种在培养皿中。(e)24小时后,细胞形成单层,通过在表面上刮擦触针以除去其路径中的细胞,产生伤口(0.4mm×2mm)。现在用显微镜监测伤口的愈合。(B和C)在基质胶或纤连蛋白上生长的单层伤口的图像。(a和b)在伤口之前和之后(FC40的一些液滴保留在最初的墙壁上)。(c)24小时后,细胞生长分别用基质胶和纤连蛋白将伤口宽度减小至<0.2mm和<0.15mm。(d)到48小时,伤口已完全愈合。图片来源:Science Advances,doi:10.1126 / sciadv.aav8002

他们还通过使用以两种不同方式涂覆的单个培养皿完成了原理验证伤口愈合测定,以监测两个伤口愈合条件。为此,研究人员使用了 基质胶 - 由肉瘤细胞分泌的凝胶状蛋白 和纤连蛋白 - 细胞外基质的糖蛋白, 可改善伤口愈合。他们添加了HEK细胞,这些细胞在培养皿中形成单层,当细胞以略微不同的速率迁移到伤口时,通过将Teflon尖端拖过单层产生“伤口”。虽然在这个工作流程中Soitu等人。在电镀细胞之前预先涂覆表面,在细胞开始迁移到新形成的伤口中以促进愈合之后,它们还可以改变涂覆技术。

通过这种方式,Cristian Soitu及其同事开发了一种灵活的微流体平台,以使细胞生物学中的工作流程小型化。他们将这项技术扩展到目前的工作中,围绕预镀贴壁细胞形成微流体排列,然后进行细胞克隆,药物筛选和伤口愈合的各种原理验证 。该平台具有许多优点,并且可以取代传统的预制微流体装置模式, 作为灵活且可定制的替代方案。新的 微流体 安排具有成本效益,有助于 节俭科学 并且可以在实验期间实时重新配置以增加多功能性。研究人员注意到该技术的局限性,包括二维限制布置以及与实心墙相比的流体壁的脆弱性。Soitu等人。希望优化和结合这些特点和优势,为主流生物学家探索微流体的力量提供新的平台。