ATA-7050高壓放大器在微流控芯片三維培養(yǎng)細胞并用于藥物毒性評價中的應用
本文將與大家分享，ATA-7050高壓放大器在微流控芯片三維培養(yǎng)細胞并用于藥物毒性評價中的應用，希望能對各位工程師有所幫助與啟發(fā)。
幾十年來，二維細胞培養(yǎng)已成為體外篩選藥物的主要培養(yǎng)方式。但是，由于二維培養(yǎng)出的細胞不具有特定的組織結(jié)構(gòu)，通常需要使用三維細胞培養(yǎng)模型進行二次篩選。二維培養(yǎng)模式和三維培養(yǎng)模式在篩藥模型中各具有其優(yōu)點，二維培養(yǎng)模式中，氧氣含量、養(yǎng)分和代謝廢物分布均勻，而三維培養(yǎng)模式中具有類器官的組織架構(gòu)，細胞間以及細胞外基質(zhì)之間能夠相互作用。
近期，赫爾辛基大學TiinaSikanen教授團隊設計了一種并行細胞培養(yǎng)的微流體裝置，結(jié)合二維培養(yǎng)和三維培養(yǎng)的優(yōu)點，以二維（單層）和三維（橢球）的形式并排但分離的在完全相同的環(huán)境下培養(yǎng)細胞，用于藥物細胞毒性評估，相關研究成果發(fā)表在AFM期刊上。
研究人員設計的微流體裝置（如圖1）由有機改性的陶瓷材料制成，具有生物相容性并且無需任何額外的涂層即可實現(xiàn)細胞粘附，使用PDMS密封微流體平臺。微流體平臺包括兩套薄膜金電極，印刷在陶瓷材料基底上，通過阻抗光譜法促進了單層培養(yǎng)中的細胞生長和完整性監(jiān)測。該平臺還包括三排凹形微孔，這些微孔具有排斥細胞、支持細胞粘附（二維細胞單層培養(yǎng)）和疏水表面（三維細胞培養(yǎng)容器）的特性。
圖1微流體并排二維和三維細胞培養(yǎng)設備及測定
為了誘導三維球體形成，研究人員使用單步光刻工藝來制造凹形微孔，該微孔通過納米功能化（例如，等離子體多孔化和疏水涂層）制成具有排斥細胞作用的微孔。因為微孔的凹形形狀，在微流體流動的情況下，產(chǎn)生的球狀體可以釋放出來，以便進行進一步表征。微流體平臺中微孔的深度和橫截面形狀由紫外線照射劑量控制，隨著紫外線劑量的增加，微孔截面形狀會從矩形變成圓形（如圖2）。
圖2微流體平臺微孔研究
接著，研究人員對微流體裝置上的細胞進行表征，通過阻抗譜測定出二維和三維細胞培養(yǎng)之間存在有效隔離。在二維細胞培養(yǎng)上，通過金電極匯集細胞在電極附近聚集，在20分鐘內(nèi)達到了大約80％的匯集度。通過將肝細胞接種到微流體裝置微孔中，驗證了三維培養(yǎng)細胞微球體的可行性（如圖3）。
圖3三維培養(yǎng)細胞微球體檢測
最后，研究人員驗證微流體裝置對藥物篩選的可靠性，通過添加抗癌藥物紫杉醇，檢查藥物對并行二維和三維肝細胞培養(yǎng)的影響。紫杉醇通過與β-微管蛋白結(jié)合而導致細胞周期停滯到G2/M期，進而導致細胞核變形和生長停滯。結(jié)果表明，在二維培養(yǎng)中，暴露在高劑量紫杉醇中的細胞有74.6±10.3％停止在G2/M期；暴露在低劑量紫杉醇中的細胞有90.2±0.8％細胞停止在G2/M期，該結(jié)果與以前的文獻非常吻合。在三維培養(yǎng)中，暴露在高劑量紫杉醇中的微球體直徑由104±8μm變?yōu)?9±14μm；暴露在低劑量紫杉醇中的微球體直徑由114±14μm變?yōu)?18±12μm，沒有明顯差異。此外，釋放球體后通過片外光學顯微鏡觀察到了球體大小，形狀和核形態(tài)的明顯變化（如圖4）。
圖4驗證并行細胞培養(yǎng)裝置
在這項研究中，研究人員建立并驗證了用于同時培養(yǎng)二維細胞單層和三維細胞球體的微流體裝置。從藥物篩選的角度來看，最關鍵的是能否以可重現(xiàn)的方式培養(yǎng)小的均勻球狀體，并釋放出球狀體，以便在暴露于藥物后的細胞進行進一步分析。在單個光刻步驟中創(chuàng)建圓形微結(jié)構(gòu)以及隨后進行表面功能化，制作出能夠在微流體流動情況下進行三維細胞球體培養(yǎng)的U型微孔。改性陶瓷材料的固有表面特性能夠滿足細胞和金屬的牢固粘附，這有助于實施二維細胞單層培養(yǎng)，并借助阻抗譜（通過集成電極）對未修飾的平面部件進行無創(chuàng)監(jiān)測。總的來說，這項技術可全面評估藥物在二維和三維結(jié)構(gòu)中對細胞的影響。
帶寬：（-3dB）DC~5kHz
電壓：10kVp-p（±5kVp）
電流：20mAp
功率：100Wp
壓擺率：≥111V/μs
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