Bu makale damlacıkları hücrelerinde yüksek kapsülleme verimliliğini sağlamak için pipet-ipuçları için damlacık mikrosıvısal aygıtları kullanarak hücre kıt nüfus tohum için bir protokol sunar.
Sık sık hücresel analiz için kullanılan çeşitli mikrosıvısal platformu tasarımlar arasında damlacık-Havacilik yalıtma ve hücresel harici faktörlerin etkisi ortadan kaldırarak hücreleri tek hücre düzeyinde çözümleme için güçlü bir araç sağlar. microenvironment. Kapsülleme damlacıkları hücrelerinin Poisson dağılımı tarafından her damlacık mevcut hücre sayısı ve hücre damlacık birim başına ortalama sayısı bir fonksiyonu olarak belirlenir. Primer hücre, özellikle bağışıklık hücreleri veya klinik örneklerin kıt olabilir ve hücre kaybı daha az kapsülleme zorlu kalır. Bu yazıda, biz pipet-ipuçları hücreleri mikrosıvısal damlacık tabanlı cihazlara hücreleri önemli kaybı olmadan yüklemek için kullandığı yeni bir yöntem mevcut. Çeşitli hücre tiplerinin ile yakından Poisson dağılımı tarafından öngörülen kapsülleme verimliliği karşılık gelen etkin hücre katma damlacıkları göstermektedir. Bizim Yöntem mikrosıvısal platformları için hücre kaybı daha az yük sağlar ve aşağı akım tek hücre analizi, farklı hücre tipleri arasında hücresel etkileşimlerin kodunu çözmek için Örneğin, kolayca adapte edilebilir.
Son yıllarda hızla artan1tek hücre düzeyinde hücresel analiz sağlam ve çok yönlü bir platform olarak Havacilik kullanımı vardır. Bu platformlar tek hücreleri ve biyolojik moleküllerin yüksek hassasiyetli ve çok küçük örnek cilt2,3,4kullanarak hassasiyeti ile yüksek-den geçerek tarama sağlar. Mikrosıvısal tasarımları farklı türleri arasında damlacık tabanlı platformlar yüksek üretilen iş analizi tek hücre hücresel üzerinde kesin ve doğru kontrol sağlar bir immiscible faz çevrili bir sulu faz damlacık içinde yalıtarak etkinleştirmek microenvironment5,6. Damlacık tabanlı Havacilik verir esneklik tek izole veya çoklu-hücreleri hem de, sulu ve hidrojel damlacıkları ve protein salgılanması veya hücresel etkileşimlerin7, gibi karmaşık hücresel davranış sondalama değerlidir 8 , 9. sinyal ve çapraz-hadis bağışıklık hücreleri arasında etkilemiştir microenvironment10diğer hücrelerle etkileşimler tarafından. Yalıtım damlacıkları tek hücrelerinin etkili bir noise etkisinden uzak analitik laboratuvar, daha verimli ve doğru sonuçlar11,12dış çevre faktörlerinin etkisi arınmış sağlar. Birden çok giriş ile bir damlacık-mikrosıvısal platform tasarımını değiştirme hücresel etkileşimler yoluyla hücre eşleştirme12,13eğitim için birden çok hücre tiplerinin kapsülleme sağlar.
Damlacıkları hücrelerinin kapsülleme işlemi rasgele ve kapsülleme hücre oranı istatistiksel Poisson dağılımı14,15için formül kullanarak belirlenebilir. Bu oran kapsüllemenin hücre damlacık kavşağında varış ortalama oranı göz önüne alınarak tahmin edilebilir ve her hücre varış diğer varış bağımsız olduğunu varsayarak16hücreleri. Bağımsız hücre varış garanti edilemez olsa da, seyrek dağıtılmış hücreleri durumlarda, bağımsızlık varsayımı kabul edilebilir ve bir veya daha fazla hücre içeren bir damlacık olasılık fonksiyonu hücre sayısı olarak tahmin edilebilir mevcut her damlacık ve damlacık16,17başına ortalama sayısı. Bu tahmini damlacıkları hücresel kapsüllemenin bağımlı hücreleri her damlacık mevcut olduğu için bir giriş, hücre konsantrasyonu artan hücre her damlacık mevcut ortalama sayısı artacak önerebilirsiniz 16. bu nedenle, tek hücre kapsülleme emin olmak için hücre konsantrasyonları bu sık sık olur çok sayıda boş damlacıkları18azaltılmalıdır.
Eki, sedimantasyon, ve/veya şırıngada topaklanma, boru veya üretim aygıt tarafından yükleme sırasında hücrelerinin kaybı yaygın dezavantajı düşük tahmin edilen kapsülleme değerleri19 sorumlu gerçek kapsülleme değerler sapma için olduğunu . Bu sorun daha fazla zaman nadir bağışıklık hücreleri veya klinik numune olarak zaten nüfus azdır ve yalnızca birkaç hücreleri, çok daha düşük encapsulation beklenenden daha yeterli veri deneysel analizi için sağlamaz tohum abartılı. Plazmasitoid dendritik hücreler (PDC) vardır sadece teşkil eden nadir bir alt kümesini bağışıklık hücreleri yaklaşık 0.2 – yüzde 0,6 tüm beyaz kan hücre nüfusu20. Bu hücreler büyük miktarda salgılar interferonlar etkinleştirme üzerine yazın ve böylece bağışıklık yanıtı21‘ kritik bir rol oynamaktadır. Damlacıkları nadir böyle hücrelerde hücresel davranışını okurken, tohum hücre ve kapsülleme22sırasında hücre kaybı önlemek için zorunludur. Orada birkaç tasarım akustik veya elektrik kuvvetleri gibi farklı fiziksel güçleri içeren damlacıklar oluşturulmasında kullanmak etkin saklama yöntemleri kullanarak damlacıkları tek kişilik hücrelerde encapsulation emin olduğunuzda ilgili gelişmeler tek-hücreleri23,24. Ancak, bu yöntemlerin damlacık üretim16açısından kendi kısıtlamaları var.
Bu çalışmada, tek veya birden çok hücre mikrosıvısal cihazlara yüklenmesi için geleneksel yöntemler eksikliklerin kaçınmanızı sağlar güçlü ve basit bir yöntem kurduk. Bizim Yöntem, Rho tarafından vd., ilham damlacık mikrosıvısal platformlara önemli örnek kaybı olmadan nadir bağışıklık hücreleri küçük hacimli tohum için farklı boy pipet ipuçları kullanır ve teorik ile tutarlı sonuçlar vermiştir tahminler25. Bu metodoloji kolayca olabilir ve başarılı bir şekilde damlacık tabanlı Havacilik içeren çeşitli uygulamalar için uyarlanmış ve çok çeşitli hücre tipleri veya hatta microparticles için uygulanır.
Bu protokol, yük ve damlacıkları yüksek üretilen iş, tek hücreli analiz için hücrelerde saklanması ve kontrollü hücre hücresel etkileşim çalışmaları için eşleştirme gerçekleştirmek için bir etkili ve basit tekniği göstermiştir. Ayrıca, hücrelere mikrosıvısal aygıtları yüklemek için birkaç geleneksel yaklaşım ile karşılaştırıldığında var ve bizim ipucu yaklaşım yükleme diğer yöntemleri ile karşılaştırıldığında daha verimli bir tekniktir gösterdi.
Eğitim Klinik numune veya nadir hücre tipleri kıt damlacık tabanlı Havacilik tarafından numarasında doğal bazı zorluklar sahip. Biz de göstermiştir gibi hücreleri tortu şırınga ve yüzey hortumunun, böylece, hücresel Kapsülleme için öngörülen değerleri uygun önleme eğilimindedir. Bu sorun kaçınmak için bazı gruplar şırıngalarda karıştırma çubuklarını kullanın. Ancak, nadir ve sınırlı hücre popülasyonlarının kullanırken, toplam hücre hacmi de böylece, büyük şırıngalar kullanımını sınırlama ve barlar karıştırarak sınırlıdır. Ayrıca, biz de hücre eki önlemek için boru Teflon coated daha yaygın olarak kullanılan boru yerine ama bu yöntem sonuçları iyileştirmek değil ve tüp çok uzun ise, (veri gösterilmez) hücre eki sorunu aggravates. Alternatif olarak, biz yaklaşım yükleme dikey bir tüp nerede hücreleri tüp ve değil belgili tanımlık tenkıye büyük şırınga cilt hücrelerinin kaybı önlemek için yüklenen kullanılır. Bu tekniği kullanarak, küçük numune hacmi hücrelerle yüklenebilir, Örneğin, nadir ve sınırlı olan PDC’ler. Ayrıca, tüp örnekten dikey hücre sedimantasyon önlemek için aygıta yüklenir. Tohum hücre için kullanılan boru küçük boyutları vardır ve mikro için karşılaştırılabilir. Akış tüp içinde basınç tahrik ve bir parabolik hız profili26izler. Bu maksimum akım hızı tüp merkezindedir ve en az hız boru27kenarlarında olduğunu anlamına gelir. Tüp ile hücreleri nüfusu kızarma hız degrade sınır hızda sıfıra yakın olduğu için onlar sakin nerede kenarlara doğru itilmiş hücreleri neden olur. Böylece, sedimantasyon veya hesap görme hücrelerinin kablo kanalları, kapsülleme verimliliği nerede deneysel veri ile tahmin edilen modeli eşleşmedi temsilcisi sonuçları gösterildiği gibi azaltır.
Damlacık Havacilik ile çalışan bilim adamları tarafından kullanılan başka bir yaygın olarak adapte ilavesi yoğunluğu reaktifler hücre sedimantasyon şırınga19önlemek için Iodinaxol gibi eşleşen hücre kültür ortamının yoğunluğu artırmak için çözümdür. Ancak, reaktifler eşleşen yoğunluğu hücresel davranışını etkileyebilir ve olumsuz etkiler sitokin salgı hücreleri tarafından (veri gösterilmez)28.
Birçok küçük ve büyük değişikliği teknikleri yükleme geleneksel hücredeki küçük iyileştirmeler kapsülleme verimliliği gösterdi rağmen elde edilen deneysel sonuçlar hala teorik hesaplamalar aynı değil. Ancak, yaklaşım yükleme ucuyla biz üstesinden sınırlamaları kapsülleme etkinlik ve önceki yöntemleri yönetilen Poisson istatistikleri tarafından olabilir. Bu teknik sadece süspansiyon hücre yüklemek için avantajlı değil ama aynı zamanda birincil Lenfositi ve mikrosıvısal çip için A549 gibi yapışık hücreleri yüklemek için uygulanabilir. Bol hücre satırları, örneğin A549, K562, vb, kullanırken daha büyük örnek hacmi kullanılabilir. Bu nedenle, örnek hacmi, bağlı olarak farklı boy pipet-ipuçları-ebilmek da var kullanılmış ve bu basit tekniği tek hücreli saklama ve birden çok hücre Kapsülleme için adapte edilebilir.
Düşük hücre konsantrasyonu damlacıkları tek kişilik hücrelerde encapsulation sağlamak için gerekli bir uygulama iken, hücre hücre eşleştirme için ilgili çalışmaları için her damlacık içinde kapsüllü ortalama sayısını artırmak için daha yüksek hücreleri konsantrasyonları istenen. Daha önce çift bağışıklık hücreleri mikrosıvısal çip veya microfabricated nanowells29,30,31tarif edilmiştir birkaç tek hücreli yöntem vardır. Damlacık Havacilik Poisson istatistikler için iki farklı hücre tipleri eşleştirme 1:1 hücre optimum hücre konsantrasyonları elde edilebilir belirler. Poisson tahmin üzerinde bağlı olarak, Ayrıca var. damlacıkları diğer kombinasyonları içerebilir bir olasılık 1:1 cep çifti tek hücre düzeyinde ve sonuçları artan hücresel anlamada hücresel etkileşimlerin çalışmaya arzu olabilir iken, birden çok hücre eşleştirme büyük avantajları da vardır. Birden çok hücre, bir hücre tür etkisi diğer hücre tipi anlamak sağlar. Çapraz konuşma farklı bağışıklık hücreleri arasında çeşitli enfeksiyonlar ve patojenlere karşı etkili bir bağışıklık yanıtı oluşturmak için yardım ve sağlamlık için bizim bağışıklık sistemi32de ekler. Bu nedenle, hücresel iletişim, farklı bağlamlarda, Örneğin, 1:1, 2:1, 1:2, 2:2, 3:1yüksek hassasiyetle sorguya çekilmeyi. nasıl tek verimli artan anlayış ya da hücre çiftleri bağışıklık yanıtı indüksiyon denetler. Bu örneğin seri olarak onların anılan sıraya göre hedef hücreleri öldürmek için kapasite doğal katil hücrelerin veya sitotoksik T hücreleri incelemek özellikle ilginçtir.
Tartışılan damlacıkları, hücre birden çok Kapsülleme için daha yüksek hücre konsantrasyonları istenen. Ancak, hücre hücre Kapsülleme için bir giriş üzerinden yüklenirken, hücre hücre örnek daha yüksek konsantrasyonlarda neden olabilir, koya toplanacak. Bu kapsülleme oranları daha düşük ve daha yüksek teorik değerleri sapma olur. Bu sorun kaçınmak için hücreleri de iki ayrı giriş yüklenebilir. Teorik olarak, nerede bir ortalama hücre sayısı x garanti daha üst seviyelere hücre kapsüllemenin elde etmek için birden fazla giriş ile diğer mikrosıvısal aygıtlar geliştirmek mümkün olacaktır. Bu çalışmada biz ne zaman bir giriş ve iki giriş aynı toplam konsantrasyon kullanarak yüklenen ve benzer kapsülleme verimliliği elde Jurkat T hücrelerinin kapsülleme verimliliği araştırdık. Bu değişiklik araştırmacılar çift farklı hücre tipleri için yonga üzerinde sağlar.
Hücreleri hücre önemli kaybı olmadan mikrosıvısal cihazlara yükleme bu yöntem AIDS olsa akılda tutulması gereken bazı önlemler vardır. Şırıngaları madeni yağ ve Pipet uçları hücre örnek aspirating ile doldururken,-meli var olmak kaçmak hava kabarcıkları birleşme ve tüm sistem-meli var olmak ücretsiz air. Mineral yağ ile örnek karıştırmayın akılda tutmak önemlidir. Pipet ipuçları, örnekleri, içeren sıkıca mikrosıvısal aygıtla kaçağı ve daha fazla hava kabarcıkları birleşmesiyle önlemek için son derece önlem, alıcılar takılmalıdır. Özetlemek gerekirse, ipucu-hücresel davranış yoluyla hücre hücre kapsülleme önemli bir kayıp olmadan yüksek üretilen iş analizi için maliyet-etkin bir şekilde sağlayan basit, ancak, sağlam tekniği yüklenmesidir. Giriş, en iyi örnek konsantrasyonları ile kullanıldığında, pipet-ipuçları içeren hücreleri yükleme bu yaklaşım çok esnek ve yüksek kapsülleme verimlilik, yakın elde etmek için farklı hücre tipleri için ender birincil bağışıklık hücreleri, özellikle için adapte edilebilir tahmin edilen modelleri.
The authors have nothing to disclose.
Eindhoven University of Technology cömert desteği için teşekkür ediyoruz.
1H,1H,2H,2H-Perfluoro-1-octanol | Sigma-Aldrich | 171468-5G | |
1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltriethoxysilane | Fluorochem/UK | S13150 | Silane (toxic) |
Agarose (Ultra-low Gelling Temperature) | Sigma-Aldrich | 9012-36-6 | |
BD Wegwerpspuiten met Luer-Lok-punten | Fisher Scientific | 10630694 | Syringe |
Biopsy Punch 1.2 mm | Harris Uni-Core | ||
Cell Proliferation Dye eFluro 670 | eBioscience | 65-0840-85 | |
CellTrace CFSE | Invitrogen | C34554 | |
CellTrace Far Red Cell | Invitrogen | C34564 | |
Eppendorf Tubes | Eppendrof Tubes | Safe-Lok tubes 1 mL and 2 mL | |
Glass Slide | Sigma Aldrich | CLS294775X38-72EA | Corning microscope slides, plain L × W 75 mm × 38 mm |
Harvard Pumps | Harvard Apparatus | C-400750; C-400727 | Syringe pumps |
HFE-7500 3M Novec Engineered fluid | Fluorochem/UK | 51243 | Flourinated oil |
Kai Biopsy Punch 5 mm | Amstel Medical | 1980130 | |
Luer stub | Instechlabs/USA | LS20S | Luer stub, 20ga (pink) x 0.5in (12mm), non-sterile |
Mineral oil (Light) | Sigma Aldrich | M8410-1L | |
Phosphate buffered saline | Sigma-Aldrich | P4417-50TAB | Tablets |
Pico-Surf 1 (5%in Novec 7500) | Sphere Fluidics | 020317-09 | Surfactant |
Plasma Asher | Emitech | K1050X | Plasma asher |
RPMI 1640 Medium | Gibco | 11875093 | |
Silicone Elastomer Base 184 | Sylgard | 9355218 | PDMS base |
Silicone Elastomer Curing Agent | Sylgard | 9355218 | Curing Agent |
Stainless steel catheter coupler | Instechlab/USA | SC20/15 | 20ga x 15mm, non-sterile |
TFE Teflon Tubing | Sigma-Aldrich | 58696-U | PTFE Tubing L × O.D. × I.D. 50 ft × 1/16 in. × 0.031 in. |
Thinky mixer ARE-250 | EX-4025F | Conditioning mixture |