Une méthode intégrale pour l'analyse rapide de la chimiotaxie des neutrophiles directement à partir d'une goutte de sang

La chimiotaxie, un processus de migration cellulaire dirigée vers un gradient de concentration chimique soluble, est implicitement impliqué dans de nombreux processus biologiques, y compris la réponse immunitaire ^{1 , 2 , 3} , le développement tissulaire ⁴ et la métastase du cancer ⁵ . Les neutrophiles sont le sous-ensemble de globules blancs les plus abondants et jouent un rôle crucial en permettant les fonctions de défense de l'hôte inné du corps, ainsi que dans la médiation des réponses immunitaires adaptatives ^{6 , 7} . Les neutrophiles sont équipés de machines chimiotactiques hautement réglementées permettant à ces cellules immunitaires mobiles de répondre à la fois aux chimioattractants dérivés des agents pathogènes ( p. Ex . FMLP) et aux chimioattractants dérivés de l'hôte ( p . Ex . Interleukine-8) par voie de chocostat ⁸ . La migration des neutrophiles et la chimiotaxie mènent divers problèmes physiologiquesEt des maladies telles que l'inflammation et les cancers ^{1 , 9} . Ainsi, l'évaluation précise de la chimiotaxie des neutrophiles fournit une lecture fonctionnelle importante pour l'étude de la biologie des neutrophiles et des maladies associées.

Par rapport aux tests de chimiotaxis classiques largement utilisés ( p. Ex. Essai de transwell ¹⁰ ), les dispositifs microfluidiques sont très prometteurs pour une évaluation quantitative de la migration cellulaire et de la chimiotaxie en raison de la génération et de la miniaturisation des gradients chimiques ^{11 , 12 , 13} . Au cours des deux dernières décennies, divers dispositifs microfluidiques ont été développés pour étudier la chimiotaxie de différents types de cellules biologiques, en particulier les neutrophiles ¹¹ . Des efforts considérables ont été déployés pour caractériser la migration des neutrophiles dans les complexes spatiotemportaux complexes Gradients miques qui ont été configurés dans les dispositifs microfluidiques ^{14 , 15} . Des stratégies intéressantes ont également été développées pour étudier la prise de décision directionnelle par les neutrophiles à l'aide des dispositifs microfluidiques ^{16. À l'} aide d'une recherche biologiquement orientée, les applications des dispositifs microfluidiques ont été étendues pour tester les échantillons cliniques pour l'évaluation de la maladie ^{17 , 18 , 19} . Cependant, l'utilisation de nombreux dispositifs microfluidiques est limitée aux laboratoires de recherche spécialisés et nécessite une longue isolation des neutrophiles à partir d'un grand volume d'échantillons de sang. Par conséquent, il existe une tendance croissante à développer des dispositifs microfluidiques intégrés pour une analyse rapide de la chimiotaxie des neutrophiles directement à partir d'une goutte de sang total ^{20 , 21 , 22 ,}Ef "> 23 ^{, 24} .

Dans cette direction, une méthode all-on-chip a été développée qui intègre la purification neutrophile négative magnétique et le dosage de chimiotaxie subséquent sur un seul dispositif microfluidique ²⁵ . Cette méthode tout-à-puce présente les nouvelles fonctionnalités suivantes: 1) contrairement aux stratégies antérieures sur la puce qui isolent les neutrophiles du sang par la capture cellulaire à base d'adhésion ou le filtrage basé sur la taille des cellules ^{20 , 22} , cette nouvelle méthode permet une augmentation La pureté, la séparation magnétique des neutrophiles sur les puce à partir de petits volumes de sang total, ainsi que la mesure de la chimiotaxis lors de la stimulation chimioattractive; 2) la structure d'ancrage de la cellule aide à aligner les positions initiales des neutrophiles près du canal de gradient chimique et permet une analyse chimiotaxique simple sans suivi de cellule unique; 3) l'intégration de l'isolement et du chimotine des neutrophilesL'analyse des axes sur un seul dispositif microfluidique permet une analyse chimio-chimiométrique rapide d'échantillon à résultat en 25 minutes lorsqu'il n'y a pas d'interruption entre les étapes expérimentales.

Cet article fournit un protocole détaillé pour la méthode de construction, d'exploitation et d'analyse de données de ce test de chimiotaxis tout-sur-puce. Le document démontre l'utilisation efficace de la méthode développée pour la réalisation de la chimiotaxie des neutrophiles en testant des échantillons chimiotactiques recombinants et chimiotactiques recombinés connus, suivis d'une discussion sur les stratégies de dépannage, les limites et les orientations futures.