Celkweekplaten die dagelijks in de biologie worden gebruikt, kunnen effectief worden omgezet in microfluïdische apparaten, wegen openen voor biologen om op cellen gebaseerde workflows te miniaturiseren. In een recent rapport, doctoraat onderzoeker Cristian Soitu en medewerkers van de afdelingen Ingenieurswetenschappen en Pathologie aan de Universiteit van Oxford, Oxford, VK, beschreef een eenvoudige methode om microfluïdische arrangementen rond cellen te creëren. In de studie, de cellen groeiden al op standaard petrischaaloppervlakken, toen de wetenschappers het grensvlak tussen de niet-mengbare vloeibare media in de container als bouwmateriaal gebruikten.

Ze hebben de conventionele celcultuurschalen op aanvraag omgebouwd tot geavanceerde microfluïdische apparaten door vloeibare structuren rond levende cellen te hervormen. Soitu beschrijft de nieuwe vloeistofvormende techniek die door zijn onderzoeksteam is gebouwd als "vloeibare structuren voor die cellen met angst voor binding bij het kiezen van een huis - ze kunnen gemakkelijk worden verwijderd en nieuwe (met een andere geometrie) worden gebouwd." Het onderzoek is nu gepubliceerd op wetenschappelijke vooruitgang

De onderzoekers demonstreerden de methode met behulp van workflows waarbij celklonen betrokken waren; selectief klonen van een specifieke kloon uit oa een schaaltje; medicamenteuze behandelingen; en wondgenezing. Het onderzoekswerk toonde een veelzijdige aanpak aan, gekoppeld aan biologisch vriendelijke eigenschappen om de microfluïdische technologie onder biologen te promoten. Op microfluïdica gebaseerde benaderingen zijn populair geworden in veel workflows, hoewel hun opname in de reguliere biologie traag blijft vanwege een verscheidenheid aan bijdragende redenen, inclusief:

1. Materiële incompatibiliteit voor celgroei
2. Microfluïdische architecturen die ingesloten en ontoegankelijk zijn
3. Vooraf bepaalde geometrieën die niet opnieuw kunnen worden geconfigureerd tijdens experimenten, waardoor fabricage- en bedieningskosten ontstaan
4. Workflows ontworpen door ingenieurs die niet aansluiten bij reeds bestaande technieken die zijn ontwikkeld door biologen.

Vroeger, wetenschappers creëerden 3D-constructies met vloeistofwanden op nanoschaal, hoewel hun biocompatibiliteit nog moet worden beoordeeld. In het huidige werk, daarom, Soitu et al. ontwikkelde een methode om arrays van geïsoleerde microfluïdische kamers op maagdelijke petrischalen te maken om grote workflows in celbiologie te accommoderen. Mogelijke voorbeelden zijn celvoeding en -overdracht, klonen, cryopreservatie, fixatie en immunolabeling, cellysis en reverse transcriptie polymerase kettingreactie (RT-PCR) en CRISPR-Cas9 genbewerking. In eerdere experimenten met dergelijke workflows hebben wetenschappers de cellen toegevoegd na de fabricage van microfluïdica.

In het huidige werk, de onderzoekers creëerden een verscheidenheid aan microfluïdische arrangementen op standaard petrischalen die hechtende cellen bevatten en herconfigureerden ze in realtime. Ze zijnoleerden en haalden celklonen terug om proof-of-concept drugtests en wondgenezingsassays uit te voeren en introduceerden de nieuwe techniek om microfluïdische circuits op petrischalen te creëren en opnieuw te configureren terwijl cellen groeiden en verdeelden, met veel potentiële toepassingen in de reguliere biologie.

De nieuwe techniek en de proof-of-concept experimenten

In de experimenten die volgden, de onderzoekers bedekten eerst de bodem van een petrischaal met weefselkweekmedium en verwijderden het grootste deel van het medium om een ​​dunne film te vormen die het polystyreensubstraat bedekte. Ze bedekten de dunne film met een onmengbare fluorkoolstof (FC40) om verdamping te voorkomen en als een barrière tegen externe verontreinigingen om de steriliteit van het medium te behouden. Gebruik vervolgens een Teflon-tip, de onderzoekers maakten contact met de bodem van de schaal, het verplaatsen van de waterige fase om microfluïdische arrangementen te vormen in de vorm van interesse - in dit geval een vierkant. Met behulp van de techniek, de onderzoekers brachten de voordelen van het open microfluïdische platform naar standaard celcultuur-ware.

Soitu et al. vormde de waterige fase om een ​​raster te creëren met kleine hoeveelheden vloeistof zoals eerder aangetoond door hetzelfde team, en bekeken ze met selectieve kleurstoffen in selectieve kamers. Bijvoorbeeld, de perifere kamers kregen een blauwe kleurstof (die een blauw vierkant vormde) en die in de binnenste vormden het woord "OXFORD".

De onderzoekers "drukten" een cirkel in een driehoek binnen een vierkant en gebruikten microliters van drie kleurstoffen om de drie vormen afzonderlijk te bekijken; waar FC40 verhinderde dat de kleurstoffen zich mengden. De resultaten toonden de mogelijkheid om FC40-wanden te bouwen en te vernietigen om de vloeistoffen effectief in elke gewenste 2D-vorm op te sluiten.

Na de voorlopige proof-of-concept resultaten, Soitu et al. gegenereerde reeksen kamers om het klonen van borsttumorcellen van muizen (NM18) te recapituleren, waarvoor ze aanvankelijk rasters maakten, gevolgd door celtoevoeging daarna. De onderzoekers lieten de cellen eerst vrij groeien, omringd door de FC40-wand die doorlaatbaar is voor zowel O ₂ en co ₂ , en vervolgens door afzonderlijke cellen tot klonen te laten groeien voordat ze worden omgeven met vloeibare wanden van verschillende vormen.

Ze toonden aan dat vloeistofwanden met verschillende 2D-voetafdrukken gemakkelijk rond levende cellen kunnen worden gebouwd, zolang de kolonies tijdens de daaropvolgende behandeling of het ophalen van elkaar geïsoleerd bleven. Eerdere studies die cellen binnen beperkte, voorgevormde oppervlakken vereisten een oppervlaktebehandeling voorafgaand aan celadhesie, wat bijdroeg aan de opmerkelijke uitzondering in de huidige techniek.

Toepassingen bij het plukken van klonen en het testen van medicijnen

In de volgende stap, de onderzoekers creëerden een referentieplaat waarop ze een schaal met interessante levende celkolonies plaatsten om celklonen van anderen te isoleren door vloeistofwanden om hen heen te printen. over isolatie, ze konden de kolonies kiezen, herstel de cellen en laat ze conventioneel groeien om zich zoals verwacht te vermenigvuldigen. Omdat de vloeistofwanden de vloeistoffen effectief konden opsluiten, Soitu et al. testten hun efficiëntie door puromycine toe te voegen - een vertaler-remmer met kleine moleculen die zoogdiercellen doodt.

In de experimentele opstelling voor drugsscreening, ze lieten de centrale kamer alleen groeimedium ontvangen, terwijl het medicijn in een hoge dodelijke dosis in de omliggende kamers werd afgeleverd, om de werkzaamheid van FC40-scheiding aan te tonen wanneer alleen de cellijnen in de centrale kamer overleefden. In een tweede voorbeeld Soitu et al. exploiteerde de eigenschap van een menselijke embryonale niercellijn die genetisch gemodificeerd was om te coderen voor een groen fluorescerend promotorgen. Die in aanwezigheid van tumornecrosefactor-α aanging om groen te fluoresceren. De vloeistofwanden vormden een effectieve barrière tegen blootstelling aan geneesmiddelen, het verifiëren van het potentieel van de drugscreening van de techniek.

Toepassingen bij wondgenezing

Ze voltooiden ook proof-of-principle-tests voor wondgenezing door een enkel schaaltje te gebruiken dat op twee verschillende manieren was gecoat, om twee wondgenezingsomstandigheden te controleren. Voor deze, de onderzoekers gebruikten Matrigel - een gelatineus eiwit dat wordt uitgescheiden door sarcoomcellen en fibronectine - een glycoproteïne van de extracellulaire matrix die de wondgenezing verbeterde. Ze voegden HEK-cellen toe die een monolaag in de schalen vormden en creëerden een "wond" door de teflontip over de monolaag te slepen wanneer cellen met enigszins verschillende snelheden in de wonden migreerden. Hoewel in deze workflow Soitu et al. pre-coated het oppervlak voordat de cellen worden geplateerd, ze konden ook de coatingtechniek aanpassen voor de toevoeging ervan nadat de cellen begonnen te migreren naar de nieuw gevormde wonden om genezing te bevorderen.

Op deze manier, Cristian Soitu en medewerkers ontwikkelden een flexibele, microfluïdisch platform om workflows in celbiologie te miniaturiseren. Ze breidden de techniek in het huidige werk uit om microfluïdische arrangementen rond voorgeplateerde hechtende cellen te vormen, gevolgd door een verscheidenheid aan proof-of-principle-assays op celklonen, screening van geneesmiddelen en wondgenezing. Het platform heeft veel voordelen en kan de conventionele modus van vooraf ontworpen microfluïdische apparaten vervangen als een flexibel en aanpasbaar alternatief. De nieuwe microfluïdische arrangementen zijn kosteneffectief en dragen bij aan de zuinige wetenschap en kunnen tijdens een experiment in realtime opnieuw worden geconfigureerd voor extra veelzijdigheid. De onderzoekers merken beperkingen van de techniek op, inclusief 2-D beperkte opstellingen en de kwetsbaarheid van vloeibare muren in vergelijking met massieve muren. Soitu et al. hopen deze functies en voordelen te optimaliseren en te combineren om een ​​nieuw platform te bieden voor reguliere biologen om de kracht van microfluïdica te verkennen.

© 2019 Wetenschap X Netwerk