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PRIMO 3D類器官制備系統(tǒng)

創(chuàng)新性的微米級(jí)別的定制類器官的工具

用非接觸、無(wú)掩膜的光學(xué)蝕刻方法制備類器官

具有高度的靈活性、可控性和可重復(fù)性

適合類器官、類器官芯片等應(yīng)用


詳情

產(chǎn)品概況

        如何制備出具有可控性和重復(fù)性的類器官模型,以便更有效的進(jìn)行活細(xì)胞和疾病研究,一直是生物學(xué)家進(jìn)行類器官研究所面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。

        法國(guó)Alvéole的PRIMO是創(chuàng)新性定制細(xì)胞模型的工具,能在微米級(jí)別的尺度下,用非接觸、無(wú)掩膜的光學(xué)蝕刻方法制備細(xì)胞模型、以具有超高靈活度和再現(xiàn)性的生物工程手段實(shí)現(xiàn)體外微環(huán)境的定制,同時(shí)可對(duì)其機(jī)械力學(xué)和生化特性進(jìn)行設(shè)計(jì)微調(diào),具有高度的靈活性、可控性和可重復(fù)性。選擇電腦中任意一張圖案,PRIMO都能將它投射到細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)上,利用非接觸式、無(wú)掩模的光刻技術(shù),在軟件和光敏試劑的幫助下獲得任意圖案的2D蛋白涂層或3D水凝膠或微流控結(jié)構(gòu),可用于類器官和類器官芯片的制備。

        目前PRIMO 系統(tǒng)在全球用戶110+。


原理圖.jpg



產(chǎn)品原理

法國(guó)Alvéole的PRIMO工作原理(三種設(shè)計(jì)方法):


1、第一種設(shè)計(jì):基質(zhì)的表面功能化,即Micropatterning。

先在基質(zhì)上包裹一層防污涂層(antifouling layer),一般是高分子聚合物如PEG,阻礙蛋白質(zhì)粘附。選擇電腦中任意一張圖案,在LEONARDO軟件作用下,PRIMO都能利用非接觸式、無(wú)掩模的光刻技術(shù),用UV光通過(guò)顯微鏡將它投射到細(xì)胞基質(zhì)上,在PLPP光敏引發(fā)劑幫助下,防污涂層被降解,蝕刻出微圖案,蛋白可粘附在蝕刻出的微圖案上,細(xì)胞粘附在蛋白上,可適應(yīng)于基質(zhì)上定制的生物化學(xué)、表面形貌和硬度等特征,形成定制的細(xì)胞模型。適用于細(xì)胞微環(huán)境研究。


原理-1.png


2、第二種設(shè)計(jì):水凝膠的結(jié)構(gòu)化,即Structuration of Hydrogel。

在氧氣不足的條件下,UV光照射,可使水凝膠固化;水凝膠固化的高度隨UV照射強(qiáng)度增加而增加。我們結(jié)合UV-圖像照射和氣體可滲透的微反應(yīng)器,可獲得4種水凝膠的工程方法:完全多聚化(total polymerization)、Z軸控制的多聚化(z-controlled polymerization)、光剪切(photo-scission)和修飾(decoration)。單獨(dú)應(yīng)用或結(jié)合應(yīng)用就可以解決水凝膠工程化問(wèn)題。適用于3D細(xì)胞培養(yǎng)。


原理-2.png


原理-2-2.png



3、第三種設(shè)計(jì):微制造,即Microfabrication。

用UV光固化感光樹(shù)脂/光刻膠(photoresist),再用PDMS(聚二甲硅氧烷)在固化的感光樹(shù)脂/光刻膠上倒模,形成帶有微結(jié)構(gòu)的PDMS芯片。適用于制造微流控芯片。


原理-3.png


4、復(fù)雜的表面功能化或其他

可以結(jié)合以上幾種方法進(jìn)行復(fù)雜的細(xì)胞微環(huán)境構(gòu)建。


complex cell microenvironments.jpg


產(chǎn)品特點(diǎn)

1、步驟簡(jiǎn)單:四步可完成:計(jì)算機(jī)圖案設(shè)計(jì)、用UV光蝕刻構(gòu)建基質(zhì)結(jié)構(gòu)、種蛋白進(jìn)行基質(zhì)功能化、將細(xì)胞接種到定制好的微環(huán)境中。

2、高靈活性:可按照任意圖案去構(gòu)建基質(zhì)和/或使其功能化,不限圖案的大小和復(fù)雜程度,只需軟件操作即可靈活改變圖案,從而生成不同的細(xì)胞模型。

3、非接觸式、無(wú)掩模UV投射:可靈活控制UV的照射強(qiáng)度、照射時(shí)間和照射區(qū)域?qū)|(zhì)進(jìn)行蝕刻、切割和固化??梢詫?shí)時(shí)觀看蝕刻過(guò)程,及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件。

4、適用于多種基質(zhì):用戶可以使用任意一個(gè)常規(guī)的細(xì)胞基質(zhì):可以是扁平的,也可以是帶有微結(jié)構(gòu)的,可以是堅(jiān)硬的也可以是柔軟的,如:玻璃蓋玻片、塑料培養(yǎng)皿、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯、水凝膠(PEG丙烯酸酯、聚丙烯酰胺凝膠、瓊脂、基質(zhì)膠)、光刻膠,等。

5、適合多種蛋白:PRIMO的客戶日常使用超過(guò)10種的各類蛋白:Fibrinogen-488, Fibrinogen-647, Fibronectin, GFP, Neutravidin-488, Neutravidin-647, PLL-PEG-Biotin, Protein A-647, Streptavidin, 初級(jí)和次級(jí)抗體,等。

6、蝕刻高分辨率:全視野分辨率為1.2μm( 500×300μm ,20倍物鏡)。

7、多層次:可蝕刻256個(gè)灰階層次,粘附不同密度層次的蛋白。

8、多種蛋白:可應(yīng)用3種不同蛋白(根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求),可從用戶日常使用的10多種蛋白質(zhì)中選取。

9、自動(dòng)對(duì)齊:自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)和圖案定位,如自動(dòng)對(duì)齊于微結(jié)構(gòu)或者微圖案上。

10、蝕刻速度快:完成整個(gè)視野中的圖案(500×300μm,20倍物鏡),僅需0.5s。


產(chǎn)品應(yīng)用

類器官應(yīng)用:

1、 PRIMO可以通過(guò)水凝膠結(jié)構(gòu)化創(chuàng)建具有3D支撐作用的基質(zhì)結(jié)構(gòu),再加上類器官發(fā)育所必需的各種細(xì)胞生長(zhǎng)因子,將多能誘導(dǎo)干細(xì)胞或胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)形成具有三維立體結(jié)構(gòu)的各種類器官進(jìn)行功能性研究。

2、 PRIMO可以將來(lái)自于患者的原代腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)成更接近于體內(nèi)形態(tài)的腫瘤球,進(jìn)行抗腫瘤藥理實(shí)驗(yàn)。

3、 PRIMO還可以通過(guò)構(gòu)建類器官芯片,創(chuàng)造3D微結(jié)構(gòu),進(jìn)行多種細(xì)胞的共培養(yǎng),在體外模擬多個(gè)細(xì)胞相互作用的體內(nèi)運(yùn)行。


其他所有研究細(xì)胞與微環(huán)境作用的領(lǐng)域。如:

1、2D細(xì)胞微環(huán)境建構(gòu),研究如細(xì)胞遷移/趨觸性、細(xì)胞黏附、細(xì)胞力學(xué)、細(xì)胞標(biāo)準(zhǔn)化培養(yǎng)、電鏡的標(biāo)準(zhǔn)化細(xì)胞觀察等。

2、3D細(xì)胞微環(huán)境建構(gòu),研究如細(xì)胞球培養(yǎng)、類器官、組織工程等。

3、微流體芯片制作,研究如類器官芯片、細(xì)胞流體力學(xué)研究、小分子擴(kuò)散研究等。


應(yīng)用展示

1、非粘附性基質(zhì)的細(xì)胞球標(biāo)準(zhǔn)化培養(yǎng)

下圖:上圖:光聚合的PEG水凝膠(4-arm-PEG-acryl hydrogel)槽內(nèi)的HEK細(xì)胞球。

下左圖,下中圖:共聚焦熒光顯微圖像,PEG水凝膠槽內(nèi)的小球體和雙球體。


6、細(xì)胞球培養(yǎng).png


PRIMO作用:細(xì)胞球是細(xì)胞的聚集,可以作為生理模型或復(fù)雜類器官的起始模型。非粘附性水凝膠基質(zhì)固化形成微孔,細(xì)胞種植其中形成細(xì)胞球,可形成多種細(xì)胞共培養(yǎng)、由多種蛋白調(diào)控的3D組織類器官模型。


2、粘附性基質(zhì)的細(xì)胞培養(yǎng)

下圖:PEG水凝膠通過(guò)聚合形成特定形狀,然后用交聯(lián)分子的方法進(jìn)行裝飾,允許COS-7細(xì)胞在這些結(jié)構(gòu)中生長(zhǎng),以模擬毛細(xì)血管(上圖)和小腸絨毛(下圖)。中列:Z軸顏色編碼的共聚焦熒光顯微鏡圖像,顯示COS-7細(xì)胞種植在凝膠上,肌動(dòng)蛋白染色。右列:Z軸用3色最大化投影顯示的共聚焦熒光顯微圖像,顯示纖連蛋白(紅色),肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架(綠色)和核膜(藍(lán)色)。


7、粘附性基質(zhì)培養(yǎng).png


3、修飾水凝膠結(jié)構(gòu)

下圖:修飾水凝膠結(jié)構(gòu)的原理示意圖


8、水凝膠結(jié)構(gòu)修飾-1.png


下圖:藍(lán)色為水凝膠,紅色為黏附的纖維連接蛋白(fibronectin)。中間和右側(cè)為共聚焦圖像。


8、水凝膠結(jié)構(gòu)修飾-2.png


PRIMO的作用:混合惰性水凝膠和其他水凝膠,形成粘附性基質(zhì),或改造惰性水凝膠成為粘附性基質(zhì),再通過(guò)光固化和光剪切,使UV敏感的水凝膠形成特定形狀,表面進(jìn)行功能化,再種植細(xì)胞,可創(chuàng)造不同的細(xì)胞模型,可形成以水凝膠為骨架,多種細(xì)胞共培養(yǎng)、由多種蛋白調(diào)控的3D組織類器官模型。


4、用微制造設(shè)計(jì)“類器官芯片”(微流控芯片)

下圖:用微制造(Microfabrication)設(shè)計(jì)“類器官芯片”(微流控芯片),研究者將不同類型的細(xì)胞注射到芯片的不同的腔室/管道里,以重現(xiàn)造血干細(xì)胞的微生態(tài)環(huán)境:頂部腔室里的成骨細(xì)胞模擬骨骼成分,底部腔室里的HUVEC細(xì)胞模擬血管成分,造血干細(xì)胞被注射進(jìn)入中間的通道。


9、微流控芯片制備.png


PRIMO作用:設(shè)計(jì)“類器官芯片”,創(chuàng)造共培養(yǎng)微環(huán)境,在體外模擬多個(gè)細(xì)胞相互作用的體內(nèi)運(yùn)行。


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