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使用微流控芯片的细胞变形

汶颢提供微流控流量控制仪器(包括:注射、压力控制器-正负压恒压泵等)和芯片。

细胞的生长、基因的表达和分化通常与机械环境有关,如限制或压力。使用微流控芯片可以控制细胞的形状和力,即使在单个细胞水平。

使用微流体技术,研究人员可以产生大量的细胞形状变化和机械力:细胞可以用受控的压力动态挤压,细胞可以被迫在给定几何形状的通道中生长,或者细胞可以受控于受控的剪切力。

控制细胞的力学行为有三种主要方法:

最简单的方法是强制细胞在特定形状的微流体通道或腔室中生长。例如,非粘附细胞如酵母或细菌可以使用“高”压力被迫进入微通道。诸如Hela哺乳动物癌细胞的贴壁细胞可以定居在微流体室中并且被迫以给定的形状生长。

使用微流控芯片的细胞变形

第二种方法使用可变形的“ PDMS Quake valve ” 实现动态细胞变形。在这种情况下,细胞可以使用细微的压力变化以受控的方式被动态挤压  。

最后一种常用的方法是利用粘附在基质上的粘附细胞上的微流体流动产生的剪力。改变流动可以改变对细胞的机械力。使用这种方法,细胞可以进行层流或拉伸流动

使用微流控芯片的细胞变形

哪种装置和哪种微流控芯片可控制细胞形状和压力?

有几种微流体装置设计可实现细胞形状修改。设计的选择取决于您的特定实验。

要将非贴壁细胞(如酵母菌或细菌)注入微流体通道,只需使用手动注射器将细胞推入具有给定形状的通道。这是最便宜的方法,但由于用手控制压力非常困难,因此您的细胞和微流体装置有时可能会受损。(但是我已经在几年内用注射器完成了它,并且我的大部分细胞都存活了)

在这种特殊情况下,您应该特别避免使用注射泵,因为注射过程中细胞会软化您的微通道,您的设备的流体阻力会随着时间增加而增加,这会导致压力升高,从而破坏您的微流体装置。更好的方法是使用压力控制器(压力范围高达1或2巴),以确保不会损坏细胞和设备,因为喷射压力始终相同。

要使用集成的PDMS防震阀动态挤压贴壁细胞,您还需要在此使用压力控制器。在这种情况下,您应该使用的压力范围取决于细胞类型。您不能使用带有防震阀的注射泵,因为它会导致无限的压力增加,从而导致设备损坏。

要在基质上的贴壁细胞上施加流动剪切应力,您可以使用注射泵或压力控制器。当然在这种情况下,您需要高响应性(低于1秒)和低流量时的非常精确的流量,与往常一样,建议使用压力控制器

细胞形状变化和机械压力的应用

使用微流体装置的细胞的机械变形已被用于许多情况:

它已被用于研究细胞骨架行为,反应扩散机制,模拟机械传导的机械传导行为或细胞运动在受限环境中,模拟组织结构如脉管系统并研究癌细胞的力学性质。

如果细胞的精确几何形状不受关注,则细胞可以在宏观上承受应力。作为一个例子,压力可以是压缩的,以研究骨细胞对机械应力的反应[9]; 或压力可以拉伸,例如,拉伸一个柔性膜,细胞附着在其上。

通过迫使一个细胞进入一个小空间,就强加了它的几何形状。例如,Takeuchi等人 使用琼脂糖和PDMS微室迫使大肠杆菌细胞以圆形或正弦形状生长,Terenna等人 使用曲线PDMS微通道来限制生长的酵母细胞(通常是直的)为了研究其细胞骨架的重组而生长弯曲。Minc等人 通过将长酵母细胞推入PDMS微孔实现了类似的结果,这使得细胞弯曲和弯曲。该方法已被用于研究酵母极化和确定细胞壁的弹性模量和细胞膨压。除了形状改变之外,人造约束可以诱导细胞行为,这照亮了底层机制。

例如,Faure-Andre等人 将树状细胞注射到微通道中,发现细胞恢复了它们在活组织中发现的不依赖于整联蛋白的运动行为。Chau等人 使用PDMS /基质胶装置通过微通道中癌细胞的迁移和变形来研究癌症转移。



标签:  细胞变形