点成案例| BE-Gradient微流控芯片用于研究多球肿瘤细胞在FBS的趋化反应

 

文章速览：

西班牙萨拉戈萨大学科学家首次采用BE-Gradient微流控芯片观测多球细胞的化学迁移情况，主要研究了OSC-19多球细胞（OSC-19：人舌鳞癌细胞）在FBS（胎牛血清）的趋化反应。探究方向如下：1、通过横向微通道探究不同化合梯度条件下的趋动行为。2、对比OSC-19多细胞在微流控系统（胶原包被）和在孔板中的球状体迁移情况。3、证明了在对趋化梯度的反应中OSC-19单细胞培养时与多细胞球体培养时表现出不同的响应机制。

 

前言：

趋化运动是指细胞能够感受到外界化学物质的浓度梯度，并沿着浓度梯度的方向所做的定向运动。趋化作用在许多病症中起着关键作用，包括炎症和自身免疫性疾病以及癌症，还有许多发育和组织重塑过程，包括胚胎生长和伤口愈合。因此，能够详细研究趋化过程的技术是药物发现和基础生物学的重要工具。

 

瓶颈挑战：

许多不同的方案被用来研究细胞迁移和趋化作用。Boyden Chamber Assay：Boyden小室法是目前细胞迁移和侵袭实验技术最常用的方法之一。虽然这种方法用途广泛，但它有一些局限性：例如，它不能直接观察迁移过程中的细胞。除此之外，还有一些研究细胞迁移和趋化作用其他物质或方法，包括under-agarose凝胶、Agarose Spot、Zigmond chamber、Dunn chamber和Insall chamber检测等。这些检测方法各有其优点，但它们通常都不能研究随着时间变化的化学梯度对细胞的影响。此外，梯度控制和重现性可能是一个挑战。这些缺点都可以通过使用微流控系统来克服，微流控系统已经成为研究趋化性的有力工具。

 

虽然现有技术观察单细胞的趋化反应装置是非常有效，例如Jeon NL的预混器梯度发生器，但它们在某种程度上与更现实的细胞迁移情况有距离。细胞是多细胞系统的一部分，往往多细胞的趋化反应与单细胞展现不一样的迁移机制。研究表明，固体肿瘤细胞可表现出与单个细胞不同的机制进行迁移和入侵。例如，胶质瘤为可孤立的侵袭性肿瘤，而上皮细胞似乎是通过集体运动侵袭。

 

这就跟现实情况造成了一定的差异。更重要的是，现有技术往往都不允许对多细胞的集体迁移，这是一块研究的空白。

 

解决方案：

同时，本文采用BE-Gradient微流控芯片作为核心装置进行研究。该装置由一个中央室（模拟细胞培养）和两条包含3个通向中心室的横向通道（模拟血管）组成。在中心室容纳包含细胞的水凝胶，两侧通过灌注不同浓度的介质，通过水凝胶多孔结构对流体的阻力作用，在横向微通道形成不同的浓度梯度。

图1 BE-Gradient微流控芯片内部结构和参数示意图

 

图2 BE-Gradient微流控芯片产品和实验示意图

 

BE-Gradient微流控芯片的荧光成像和显微成像表现：

 

图3 在FBS化学梯度下OSC-19多细胞的显微形貌图

 

图4 在FBS化学梯度下OSC-19多细胞的荧光成像图

 

图5（a）OSC-19单细胞的显微图（b）OSC-19单细胞的趋化运动分析（c）OSC-19单细胞的荧光成像图

 

注：本文图片部分摘引于文献：Ayuso J M , Ba Sheer H A , Rosa M , et al. Study of the Chemotactic Response of Multicellular Spheroids in a Microfluidic Device[J]. Plos One, 2015, 10(10):e0139515.

 

其他应用：

• 3D细胞培养：首先将细胞混合在液相水凝胶中，然后将它们引流至中央室中。水凝胶聚合完成后，通过横向通道灌注具有不同浓度化合物的培养基，并实时监测效果。

• 2D细胞培养：适用于贴壁细胞，不仅可以在中央室中检测，也可以在横向通道中培养。

 

应用案例：细胞/球状体入侵和迁移、血管新生、转移、血管生成、趋化、缺血、细胞分化或氧化压力、微型器件内的坏死核心生成、葡萄糖梯度实验。

 

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原文标题：点成案例| BE-Gradient微流控芯片用于研究多球肿瘤细胞在FBS的趋化反应

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