Een all-on-chip methode voor snelle neutrofiele chemotaxis analyse direct van een druppel bloed

Chemotaxis, een proces van gerichte celmigratie naar oplosbaar chemisch concentratiegradiënt, is kritisch betrokken bij vele biologische processen, waaronder immuunrespons ^{1 , 2 , 3} , weefselontwikkeling ⁴ en kankermetastase ⁵ . Neutrofielen zijn de meest voorkomende witte bloedcel subset en spelen cruciale rollen om het lichaam de aangeboren gastheerverdedigingfuncties mogelijk te maken, evenals bij het bemiddelen van adaptieve immuunresponsen ^{6 , 7} . Neutrofielen zijn uitgerust met sterk gereguleerde chemotactische machines waardoor deze motiele immuuncellen kunnen reageren op zowel pathogeen afgeleide chemoattractanten ( bv. FMLP) en gastheer-afgeleide chemoattractanten ( bijv . Interleukine-8) throughchemotaxis ⁸ . Neutrofiele migratie en chemotaxis mediëren verschillende fysiologische problemenEn ziekten zoals ontsteking en kanker ^{1 , 9} . Zo geeft de nauwkeurige beoordeling van neutrofiele chemotaxis een belangrijke functionele uitlezing voor het bestuderen van de neutrofiele biologie en de bijbehorende ziekten.

In vergelijking met de veelgebruikte conventionele chemotaxis assays ( bijv. Transwell assay ¹⁰ ) tonen de microfluïdische inrichtingen een grote belofte voor kwantitatieve evaluatie van celmigratie en chemotaxis door de nauwkeurig gecontroleerde chemische gradiëntgeneratie en miniaturisatie ^{11 , 12 , 13} . In de afgelopen twee decennia of zo zijn diverse microfluïdische apparaten ontwikkeld om de chemotaxis van verschillende biologische celsoorten, vooral neutrofielen ¹¹ , te bestuderen. Er was aanzienlijke inspanning gewijd aan het karakteriseren van neutrofiele migratie in spatiotemporally complex che Mische gradiënten die werden geconfigureerd in de microfluïdische inrichtingen ^{14 , 15} . Interessante strategieën werden ook ontwikkeld om directionele besluitvorming door neutrofielen te bepalen door gebruik te maken van de microfluïdische inrichtingen ^16. Naast biologisch georiënteerd onderzoek zijn de toepassingen van microfluïdische apparaten uitgebreid naar testklinische monsters voor ziekte-evaluatie ^{17 , 18 , 19} . Het gebruik van veel microfluïdische apparaten is echter beperkt tot gespecialiseerde onderzoekslaboratoria en vereist langdurige neutrofiele isolatie van groot volume bloedmonsters. Daarom is er een groeiende trend geweest voor het ontwikkelen van geïntegreerde microfluïdische apparaten voor snelle neutrofiele chemotaxis-analyse direct vanuit een druppel bloed in het bloed ^{20 , 21 , 22 ,}Ef "> 23 ^{, 24} .

Naar deze richting werd een all-on-chip methode ontwikkeld die de magnetische negatieve neutrofielzuivering en de daaropvolgende chemotaxis-analyse op een enkele microfluidische inrichting ²⁵ integreert. Deze all-on-chip methode heeft de volgende nieuwe kenmerken: 1) in tegenstelling tot eerdere on-chip strategieën die neutrofielen van het bloed isoleren door middel van adhesie-gebaseerde celopname of op celgrootte gebaseerde filtering ^{20 , 22} , maakt deze nieuwe methode hoge Zuiverheid, on-chip magnetische scheiding van de neutrofielen uit kleine volumes van volledig bloed, evenals chemotaxis meting bij chemoattractant stimulatie; 2) de celdockstructuur helpt de initiële posities van de neutrofielen dicht bij het chemische gradiëntkanaal af te stemmen en maakt een eenvoudige chemotaxisanalyse mogelijk zonder enkelvoudige cellen te volgen; 3) de integratie van de neutrofiele isolatie en chemotAs assay op een enkel microfluïdisch apparaat maakt het mogelijk om in 25 minuten een snelle analyse van de chemotaxis op de proef te krijgen, wanneer er geen onderbreking is tussen de experimentele stappen.

Dit papier bevat een gedetailleerd protocol voor de constructie, werking en data analyse methode van deze all-on-chip chemotaxis assay. Het papier toont het effectieve gebruik van de ontwikkelde methode voor het uitvoeren van neutrofiele chemotaxis door een bekende recombinant chemoattractant en complexe chemotactische monsters van patiënten te testen, gevolgd door een discussie over probleemoplossingsstrategieën, beperkingen en toekomstige richtingen.