Как выбрать перфузионную систему для экспериментов в области микрофлюидики

25 апреля 2024 17:09

// Микрофлюидика

На примере автоматизированных перфузионных систем iFlow™ от Precigenome рассмотрим основные аспекты, на которые следует обращать внимание при выборе оборудования для экспериментов с клетками в потоке.

Перфузионная система для работы с культурами клеток - это устройство, обеспечивающее прохождение жидкости через кровеносную или лимфатическую систему в биореактор для культуры клеток. Существуют различные типы систем перфузии клеток, включая микрофлюидные системы перфузии, системы перфузии работающие на основе эффекта силы тяжести или давления, системы перфузии биореакторов и системы перфузии органов мелких млекопитающих.

Эти перфузионные системы являются удобными инструментами для различных применений, таких как доставка нескольких реагентов, культивирование клеток в микромасштабных системах и т. д.

Применения

Культуры клеток в капле на чипе;
Исследования реакции клеток на смену среды;
3D-культуры клеток;
Анализ стволовых клеток;
Органы на чипах;

Визуализация живых клеток;
Разработка и исследование лекарств;
Тесты на токсичность;
Визуализация кальция;
Исследование биореакторов.

Ключевые факторы при выборе перфузионной системы

Система с рециркуляцией или без рециркуляции среды

Это зависит от того, является ли химическое взаимодействие между клетками существенным или нет в вашем эксперименте.

Система с рециркуляцией использует заданный объем культуральной среды, который перемещается по системе. Благодаря использованию одной и той же культуральной среды, молекулы, секретируемые клетками, остаются в одном и том же потоке.

Система без рецеркуляции может быть использована в экспериментах, где химическая связь между клетками не важна или эти химические сигналы должны быть исключены. Эта перфузионная система позволяет удалять секретируемые факторы, отработанные продукты и, таким образом, промывать клетки.

Напряжение сдвига

При культивировании клеток с перфузией гидродинамическое напряжение сдвига может быть ограничивающим фактором.

Для того чтобы устранить его влияние, необходимо снизить напряжение сдвига, используя различные подходы. Один из способов - снизить скорость перфузионного потока. Другой способ снизить напряжение сдвига - использовать микрофлюидные чипы со специальной геометрией. Например, микрофлюидные чипы с пористой мембраной могут быть использованы в качестве барьера для потока среды, чтобы минимизировать напряжение сдвига.

С другой стороны, в некоторых экспериментах используется высокий уровень напряжения сдвига для изучения функции эндотелиальных клеток при различных условиях напряжения сдвига в условиях in-vivo.

Проблема пузырьков

Пузырьки воздуха оказывают значительное пагубное влияние на культуру клеток. Во-первых, поток жидкости может быть серьезно затруднен из-за пузырьков, застрявших в трубках или микрофлюидных каналах. Во-вторых, клетки могут быть убиты на границе раздела газ-жидкость из-за пузырьков в потоке.

Одним из способов устранения пузырьков является промывка системы на высокой скорости потока перед посевом клеток. Добавление соответствующего мягкого поверхностно-активного вещества (например, SDS) является очень эффективным способом удаления пузырьков воздуха из перфузионной камеры. Другой способ - добавить в перфузионный поток встроенную ловушку для удаления пузырьков, образующихся во время культивирования клеток.

Контроль температуры

Для долгосрочных исследований живых клеток температура является критическим параметром клеточной среды. Для проведения перфузионных экспериментов необходимо поддерживать нужную температуру клеток с помощью системы контроля температуры.

Перфузионные камеры

Перфузионные камеры – играют важную роль при перфузии клеток, особенно для визуализации живых клеток. Они должны отвечать двум важным требованиям: поддерживать клетки в здоровом состоянии и позволять наблюдать живые клетки с максимально возможным разрешением.

В настоящее время доступен широкий спектр коммерческих камер для перфузии и визуализации. Это и обычные перфузионные камеры, т.е. чашки Петри со стеклянным дном, и многолуночные камеры, установленные на предметных стеклах микроскопов, и нагревательные столики с различными сменными перфузионными адаптерами, и микрофлюидические чипы. В зависимости от особенностей вашего эксперимента, некоторые камеры будут более подходящими для ваших нужд.

PreciGenome предлагает микрофлюидические чипы из различных материалов, чтобы удовлетворить большинство требований клиентов. Для изготовления микрофлюидных чипов обычно используются три типа материалов, включая полимеры, стекло и кремний. Материал чипа выбирается в зависимости от требований приложения, включая дизайн чипа, типы растворителей или реагентов, используемых для экспериментов, потребности приложения, бюджет, время изготовления и т.д.

Перфузионные системы

Выбор перфузионной системы зависит от типа эксперимента. Для простых экспериментов по визуализации живых клеток можно использовать контроллер потока с управлением давлением, шприцевые или перистальтические насосы. Для экспериментов, требующих большего контроля над средой обитания клеток, точного контроля малых скоростей потока или переключения между различными средами, предпочтительнее использовать насосы с управлением давлением.

Компания PreciGenome предлагает различные системы перфузии, которые можно выбрать в соответствии с различными требованиями ваших приложений. Они предлагаеют беспульсовую перфузию потока с помощью микрофлюидной технологии и технологии с управлением давлением.

Системы PreciGenome позволяют контролировать микроокружение, например, взаимодействие клеток и матрикса, масштабировать эксперименты, использовать малые объемы культур и интегрироваться с микросистемными технологиями для проведения экспериментов на чипе. Кроме того, они позволяют точно и по требованию доставлять и удалять биохимические реагенты во внеклеточную микросреду, а также контролировать применение механических сил, действующих через поток жидкости.

Контроллер перфузии