پرش به محتوا

کشت سلولی ریزسیالی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

کشت سلولی ریزسیالی علوم زیست‌شناسی، بیوشیمی، مهندسی، و فیزیک را در جهت ایجاد تجهیزات و روش‌هایی برای کشت، نگهداری، تجزیه و تحلیل، و آزمایش کردن با سلول‌ها در مقیاس میکرو به هم پیوند می‌دهد.[۱][۲]این روش، ریزسیال‌شناسی، یک مجموعه از فناوری‌های به کار رفته برای کارکردن با حجم‌های کوچک مایع (μL, nL, pL) در ریزسیستم‌های مصنوعی، و کشت سلولی را، که شامل نگهداری و رشد سلول‌ها در یک محیط کنترل شدهٔ آزمایشگاهی است، در هم می‌آمیزد.[۳][۴]ریزسیال‌شناسی برای مطالعات زیست سلولی استفاده شده‌است زیرا ابعاد کانال‌های ریزسیالی با مقیاس فیزیکی سلول‌ها متناسب است.[۲]برای مثال، سلول‌های یوکاریوت ابعاد خطی بین ۱۰ تا ۱۰۰ میکرومتر دارند که در محدودهٔ ابعاد ریزسیالی قرار می‌گیرد.[۴]یک جزء کلیدی کشت سلولی ریزسیالی امکان تقلید ریزمحیط سلولی است که شامل فاکتورهای انحلال پذیری است که ساختار سلولی، کارکرد، رفتار و رشد آن را تنظیم می‌کنند.[۲]یک جزء مهم دیگر برای دستگاه‌ها، امکان تولید شیب‌هایی است که در بافت زنده وجود دارند زیرا این شیب‌ها نقش قابل توجهی را در فهم تأثیرات chemotactic ،durotactic، وhaptotactic روی سلول‌ها دارند.[۲]

ساخت

[ویرایش]
PDMS، رایج ترین ماده استفاده شده در ساخت دستگاه های ریزسیالی
ابزارهای ریزسیالی سیلیکون رابر و شیشه ای. میکروفلوییدی. بالا: عکسی از ابزار. پایین: تصویر ریزنگاری فاز کنتراست از یک کانال مارپیچی با پهنای ~۱۵ میکرومتر.

برخی ملاحظات برای دستگاه‌های ریزسیالی مربوط به کشت سلول عبارتند از:

مادهٔ سازنده بسیار مهم است زیرا هر پلیمری زیست سازگار نیست، در حالی که برخی از مواد مانند PDMS باعث جذب سطحی نامطلوب یا جذب مولکولهای کوچک می‌شوند.[۹][۱۰] به علاوه، چندپارهای uncured PDMS می‌توانند به درون محیط کشت سلول شسته شوند، که می‌تواند به ریز محیط آسیب بزند. به عنوان یک جایگزین برای PDMS پرکاربرد، پیشرفت‌هایی در استفاده از ترموپلاست‌ها (به عنوان مثال پلی استایرن) به عنوان یک مادهٔ جانشین وجود داشته‌است.[۱۱][۱۲]

سازمان دهی فضایی سلول‌ها در دستگاه‌های ریزمقیاس تا حد زیادی به هندسه منطقه کشت بستگی دارد تا سلول‌ها عملکردهای in vivo را انجام دهند.[۱۳][۱۴] به عنوان مثال کانال‌های بلند باریک ممکن است برای کشت سلول‌های عصبی مناسب باشند. سیستم پرفیوژن انتخاب شده نیز ممکن است هندسهٔ انتخاب شده را تحت تأثیر قرار دهد. برای مثال، در یک سیستم که شامل پمپ‌های سرنگی است، لازم است در جهت نگهداری کشت سلولی کانال‌هایی برای ورودی پرفیوژن، خروجی پرفیوژن، مواد زائد، و بارگذاری سلول اضافه شوند.[۱۵] پرفیوژن در کشت سلولی ریزسیالی مهم است زیرا دوره‌های طولانی کشت روی تراشه و تمایز سلول را ممکن می‌سازد.[۱۶]

دیگر جنبه‌های حیاتی برای کنترل ریز محیط عبارتند از: تراکم کاشت سلول، کاهش حباب‌های هوا نظر به این که آن‌ها می‌توانند غشاهای سلولی را پاره کنند، تبخیر محیط کشت به دلیل رطوبت ناکافی محیط، و نگهداری کشت سلول (یعنی تعویض محیط کشت به‌طور منظم و به موقع).[۱۷][۱۸]

مزایا

[ویرایش]

برخی از مزایای عمده کشت سلولی ریزسیالی شامل حجم‌های نمونه کاهش یافته (به ویژه در زمان استفاده از سلول‌های اولیه که اغلب محدود هستند اهمیت دارد) و انعطاف‌پذیری در جهت شخصی‌سازی و مطالعه چند ریزمحیط در یک دستگاه است.[۱۹]هم چنین یک جمعیت سلولی کاهش یافته می‌تواند در یک سیستم ریزمقیاس استفاده شود (مثلاً چند صد سلول) در مقایسه با سیستم کشت بزرگ مقیاس (که اغلب به 105 – 107 سلول نیاز دارند); این می‌تواند مطالعهی برهم کنش‌های سلول-سلول معین را قابل دسترس تر کند.[۲۰] این تعداد کاهش یافته سلول‌ها به دلیل حجم‌های نمونهٔ کوچکتر مطالعه سلول‌های تقسیم نشدنی یا آهسته تقسیم شونده (به عنوان مثال سلول‌های بنیادی) را از روش‌های کشت سنتی (مانند فلاسک‌ها، ظروف پتری، یا صفحات چاهک دار) راحت‌تر می‌کند.[۲۱] با توجه به ابعاد کوچک در ریزسیال‌شناسی، جریان خطی می‌تواند به دست بیاید، که اجازه می‌دهد دستکاری روی سیستم کشت به راحتی بدون تأثیرگذاشتن روی سایر حفره‌های کشت انجام شود. جریان خطی هم چنین از این جهت مفید است که دینامیک سیالات در in vivo را درست‌تر تقلید می‌کند، که این کشت ریزمقیاس را نسبت به روش‌های کشت سنتی مناسب تر می‌کند.[۲۲]

پلتفرم‌های کشت

[ویرایش]

کشت دوبعدی

[ویرایش]

کشت دو بعدی (2D) کشت سلولی است که روی یک سطح صاف انجام می‌شود، به عنوان مثال در کف یک صفحه چاهک دار، و به عنوان روش مرسوم شناخته شده‌است.[۲۳] اگرچه این پلتفرم‌ها برای رشد و پاساژدادن سلول‌ها برای استفاده در آزمایش‌های بعدی مفید هستند، ولی محیط‌های ایده‌آلی برای نظارت بر پاسخ‌های سلولی به محرک‌ها نیستند زیرا سلول‌ها نمی‌تواند آزادانه حرکت کنند یا عملکردها را آن طور که در in vivo به برهم کنش‌های سلول-مادهٔ زمینه خارج سلولی وابسته هستند، انجام دهند.

کشت سه بعدی

[ویرایش]

کشت سلولی سه بعدی (3D) کشت سلولی است که در یک محیط زمینهٔ مناسب زیستی انجام می‌شود، این معمولاً شامل سلول‌های جاسازی شده در یک hydrogel حاوی مولکول‌های خارج سلولی (به عنوان مثال کلاژن) می‌شود. با اضافه کردن یک بعد اضافی، ساختارهای سلولی پیشرفته تری می‌توانند حاصل شوند، و رفتار سلولی بیشتر نمایندهٔ دینامیک in vivo است؛ سلول‌ها می‌توانند در ارتباط بهتر با سلول‌های همسایه شرکت کنند و برهم کنش‌های سلول-خارج سلول می‌توانند مدل سازی شوند.[۲۴] این الگوهای کشت سلولی 3D ساده شده می‌توانند به شکلی با هم ترکیب شوند که عملکردهای بافت و اندام را به شکل مختصر در دستگاه‌های شناخته شده به عنوان اندام تراشه تکرار کنند. در این دستگاه‌ها اتاقک‌ها یا لایه‌های کلاژن حاوی انواع مختلف سلول می‌توانند به مدت چند روز با یکدیگر برهم کنش داشته باشند در حالی که کانال‌های مختلف مواد مغذی را به سلول‌ها می‌رسانند.[۲۵] یک مزیت این دستگاه‌ها این است که عملکرد بافتی می‌تواند تحت شرایط کنترل شده (به عنوان مثال اثر تنش برشی بر روی سلول‌ها، اثر چرخهای فشار یا نیروهای دیگر) مشخص و مشاهده شود تا عملکرد کلی اندام بهتر درک شود.[۲۶]اگر چه این مدل‌های 3D اغلب عملکرد اندام را در یک سطح سلولی در مقایسه با مدل‌های 2D بهتر الگوسازی می‌کنند، ولی هنوز چالش‌هایی وجود دارد. برخی از این چالش‌ها عبارتند از: تصویربرداری از سلول‌ها،کنترل شیب‌ها در مدل‌های استاتیک (یعنی بدون یک سیستم پرفیوژن) و مشکل بازآفرینی vasculature. با وجود این چالش‌ها، مدل‌های 3D هنوز به عنوان ابزارهایی برای مطالعه و تست پاسخ‌های دارویی در مطالعات داروشناختی استفاده می‌شوند.

منابع

[ویرایش]
  1. ↑ Young, Edmond W. K.; Beebe, David J. (2010-02-24). "Fundamentals of microfluidic cell culture in controlled microenvironments". Chemical Society Reviews (به انگلیسی). 39 (3). doi:10.1039/b909900j. ISSN 1460-4744. PMC 2967183.
  2. ↑ ۲٫۰ ۲٫۱ ۲٫۲ ۲٫۳ Bhatia, Sangeeta N; Ingber, Donald E (August 2014). "Microfluidic organs-on-chips". Nature Biotechnology (به انگلیسی). 32 (8): 760–772. doi:10.1038/nbt.2989. ISSN 1546-1696.
  3. ↑ Mehling, Matthias; Tay, Savaş. "Microfluidic cell culture". Current Opinion in Biotechnology. 25: 95–102. doi:10.1016/j.copbio.2013.10.005.
  4. ↑ ۴٫۰ ۴٫۱ Whitesides, George M. (2006-07-26). "The origins and the future of microfluidics". Nature (به انگلیسی). 442 (7101): 368–373. doi:10.1038/nature05058.
  5. ↑ Cho, Brenda S.; Schuster, Timothy G.; Zhu, Xiaoyue; Chang, David; Smith, Gary D.; Takayama, Shuichi (2003-04-01). "Passively Driven Integrated Microfluidic System for Separation of Motile Sperm". Analytical Chemistry. 75 (7): 1671–1675. doi:10.1021/ac020579e. ISSN 0003-2700.
  6. ↑ Zimmermann, Martin; Schmid, Heinz; Hunziker, Patrick; Delamarche, Emmanuel (2006-12-19). "Capillary pumps for autonomous capillary systems". Lab Chip (به انگلیسی). 7 (1): 119–125. doi:10.1039/b609813d. ISSN 1473-0189.
  7. ↑ Walker, Glenn M.; Beebe, David J. (2002-08-21). "A passive pumping method for microfluidic devices". Lab on a Chip (به انگلیسی). 2 (3). doi:10.1039/b204381e. ISSN 1473-0189.
  8. ↑ Kim, Lily; Toh, Yi-Chin; Voldman, Joel; Yu, Hanry (2007-05-30). "A practical guide to microfluidic perfusion culture of adherent mammalian cells". Lab on a Chip (به انگلیسی). 7 (6). doi:10.1039/b704602b. ISSN 1473-0189.
  9. ↑ Regehr, Keil J.; Domenech, Maribella; Koepsel, Justin T.; Carver, Kristopher C.; Ellison-Zelski, Stephanie J.; Murphy, William L.; Schuler, Linda A.; Alarid, Elaine T.; Beebe, David J. (2009-08-07). "Biological implications of polydimethylsiloxane-based microfluidic cell culture". Lab on a Chip (به انگلیسی). 9 (15). doi:10.1039/b903043c. ISSN 1473-0189. PMC 2792742.
  10. ↑ Halldorsson, Skarphedinn; Lucumi, Edinson; Gómez-Sjöberg, Rafael; Fleming, Ronan M.T. "Advantages and challenges of microfluidic cell culture in polydimethylsiloxane devices". Biosensors and Bioelectronics. 63: 218–231. doi:10.1016/j.bios.2014.07.029.
  11. ↑ Berthier, Erwin; Young, Edmond W. K.; Beebe, David (2012-03-07). "Engineers are from PDMS-land, Biologists are from Polystyrenia". Lab on a Chip (به انگلیسی). 12 (7). doi:10.1039/c2lc20982a. ISSN 1473-0189.
  12. ↑ van Midwoud, Paul M.; Janse, Arnout; Merema, Marjolijn T.; Groothuis, Geny M. M.; Verpoorte, Elisabeth (2012-05-01). "Comparison of Biocompatibility and Adsorption Properties of Different Plastics for Advanced Microfluidic Cell and Tissue Culture Models". Analytical Chemistry. 84 (9): 3938–3944. doi:10.1021/ac300771z. ISSN 0003-2700.
  13. ↑ Rhee, Seog Woo; Taylor, Anne M.; Tu, Christina H.; Cribbs, David H.; Cotman, Carl W.; Jeon, Noo Li (2005-12-23). "Patterned cell culture inside microfluidic devices". Lab on a Chip (به انگلیسی). 5 (1). doi:10.1039/b403091e. ISSN 1473-0189.
  14. ↑ Folch, Albert; Toner, Mehmet (1998-01-01). "Cellular Micropatterns on Biocompatible Materials". Biotechnology Progress (به انگلیسی). 14 (3): 388–392. doi:10.1021/bp980037b. ISSN 1520-6033.
  15. ↑ Hung, Paul J.; Lee, Philip J.; Sabounchi, Poorya; Lin, Robert; Lee, Luke P. (2005-01-05). "Continuous perfusion microfluidic cell culture array for high-throughput cell-based assays". Biotechnology and Bioengineering (به انگلیسی). 89 (1): 1–8. doi:10.1002/bit.20289. ISSN 1097-0290.
  16. ↑ Tourovskaia, Anna; Figueroa-Masot, Xavier; Folch, Albert (2005-12-23). "Differentiation-on-a-chip: A microfluidic platform for long-term cell culture studies". Lab on a Chip (به انگلیسی). 5 (1). doi:10.1039/b405719h. ISSN 1473-0189.
  17. ↑ Meyvantsson, Ivar; Beebe, David J. (2008-06-13). "Cell Culture Models in Microfluidic Systems". Annual Review of Analytical Chemistry. 1 (1): 423–449. doi:10.1146/annurev.anchem.1.031207.113042. ISSN 1936-1327. Archived from the original on 28 March 2019. Retrieved 6 July 2018.
  18. ↑ Yu, Hongmei; Alexander, Caroline M.; Beebe, David J. (2007-05-30). "Understanding microchannel culture: parameters involved in soluble factor signaling". Lab on a Chip (به انگلیسی). 7 (6). doi:10.1039/b618793e. ISSN 1473-0189.
  19. ↑ Mehling M, Tay S (February 2014). "Microfluidic cell culture". Current Opinion in Biotechnology. 25: 95–102. doi:10.1016/j.copbio.2013.10.005. PMID 24484886.
  20. ↑ Halldorsson S, Lucumi E, Gómez-Sjöberg R, Fleming RM (January 2015). "Advantages and challenges of microfluidic cell culture in polydimethylsiloxane devices". Biosensors & Bioelectronics. 63: 218–31. doi:10.1016/j.bios.2014.07.029. PMID 25105943.
  21. ↑ Gómez-Sjöberg R, Leyrat AA, Pirone DM, Chen CS, Quake SR (November 2007). "Versatile, fully automated, microfluidic cell culture system". Analytical Chemistry. 79 (22): 8557–63. doi:10.1021/ac071311w. PMID 17953452.
  22. ↑ Cimetta E, Vunjak-Novakovic G (September 2014). "Microscale technologies for regulating human stem cell differentiation". Experimental Biology and Medicine. 239 (9): 1255–63. doi:10.1177/1535370214530369. PMC 4476254. PMID 24737735.
  23. ↑ Bhatia SN, Ingber DE (August 2014). "Microfluidic organs-on-chips". Nature Biotechnology. 32 (8): 760–72. doi:10.1038/nbt.2989. PMID 25093883.
  24. ↑ Pampaloni F, Reynaud EG, Stelzer EH (October 2007). "The third dimension bridges the gap between cell culture and live tissue". Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 8 (10): 839–45. doi:10.1038/nrm2236. PMID 17684528.
  25. ↑ Huh D, Hamilton GA, Ingber DE (December 2011). "From 3D cell culture to organs-on-chips". Trends in Cell Biology. 21 (12): 745–54. doi:10.1016/j.tcb.2011.09.005. PMC 4386065. PMID 22033488.
  26. ↑ van Duinen V, Trietsch SJ, Joore J, Vulto P, Hankemeier T (December 2015). "Microfluidic 3D cell culture: from tools to tissue models". Current Opinion in Biotechnology. 35: 118–26. doi:10.1016/j.copbio.2015.05.002. PMID 26094109.
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=کشت_سلولی_ریزسیالی&oldid=37130278»