PRIMO 定制化細(xì)胞微環(huán)境制備系統(tǒng)
創(chuàng)新性的微米級(jí)別的定制細(xì)胞模型的工具
用非接觸、無(wú)掩膜的光學(xué)蝕刻方法制備細(xì)胞模型
具有高度的靈活性、可控性和可重復(fù)性
適合生物力學(xué)、類器官、微流體芯片等應(yīng)用
詳情
產(chǎn)品概況
如何制備出具有可控性和重復(fù)性的微環(huán)境，以便更有效的研究活細(xì)胞和疾病模型，一直是生物學(xué)家進(jìn)行體外細(xì)胞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)。
目前PRIMO 定制化生物建模及微環(huán)境制備系統(tǒng)在全球用戶110+。
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。
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)。
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。
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。
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。可以實(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
適用于所有研究細(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。
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。
應(yīng)用展示
1、研究細(xì)胞間作用力
下圖：研究基質(zhì)的剛性如何影響平滑肌（ASM）細(xì)胞間的力的傳導(dǎo)模式，用PRIMO設(shè)計(jì)了一個(gè)長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，將兩個(gè)ASM細(xì)胞組合在一起。
PRIMO作用：在聚二甲基硅氧烷（PDMS）軟基質(zhì)上進(jìn)行Micropatterning設(shè)計(jì)，粘附明膠模擬ECM蛋白，再種上ASM細(xì)胞創(chuàng)建兩個(gè)平滑肌細(xì)胞的作用力模型，通過(guò)牽引力顯微鏡研究基質(zhì)的剛性如何影響平滑肌細(xì)胞間的力的傳導(dǎo)模式。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的特別之處在于，不只是描述了作用力的變化，也驗(yàn)證到了細(xì)胞生物學(xué)上一些蛋白的表達(dá)量，它把這兩者關(guān)聯(lián)了起來(lái)。
2、研究心肌細(xì)胞收縮
下圖：左列圖：心肌細(xì)胞在玻璃培養(yǎng)皿上的收縮；中列圖：沿著小箭頭方向收縮；右列圖：收縮力的顯示
PRIMO作用：將細(xì)胞組成不同的圖像：四方形、長(zhǎng)條形，等。組成圖像的心肌細(xì)胞的力學(xué)輸出增加，微圖像促進(jìn)了協(xié)作的心肌細(xì)胞的收縮。
3、研究細(xì)胞遷移
下圖：對(duì)細(xì)胞的約束力變化模擬前端細(xì)胞/后端細(xì)胞的遷移，研究細(xì)胞形態(tài)和遷移速度如何受到細(xì)胞側(cè)向限制的影響。
PRIMO作用：用微通道對(duì)細(xì)胞進(jìn)行側(cè)向限制，對(duì)細(xì)胞施加不同的限制力，這種限制作用可調(diào)節(jié)三維的細(xì)胞形態(tài)并影響細(xì)胞遷移速度。用來(lái)模擬上皮組織中 follower cell 受到的空間限制作用，PRIMO可創(chuàng)建微通道并加速設(shè)計(jì)過(guò)程。
4、研究細(xì)胞的趨觸性
下圖：研究不同粘度的基質(zhì)誘導(dǎo)T細(xì)胞的趨觸性：在不同的粘附條件下，T細(xì)胞在ICAM-1基質(zhì)上的運(yùn)動(dòng)軌跡。
下圖：在不同的粘附條件下，T細(xì)胞在ICAM-1基質(zhì)上的遷移特性。
PRIMO作用：用Micropatterning方法在ICAM-1基質(zhì)上創(chuàng)造出不同濃度的整聯(lián)蛋白的條帶，改變ICAM-1基質(zhì)的粘附性，觀察細(xì)胞在條帶上的遷移（趨觸性）。
5、制備冷凍電鏡標(biāo)準(zhǔn)化細(xì)胞樣本
下圖：左圖：細(xì)胞在傳統(tǒng)電鏡網(wǎng)格中的定位，可見(jiàn)用傳統(tǒng)方法大多數(shù)細(xì)胞都粘附在網(wǎng)格的框架上，只有少數(shù)細(xì)胞有較好的定位（紅圈/箭頭表示）。右圖：細(xì)胞在PRIMO處理過(guò)的網(wǎng)格中的定位，可見(jiàn)在PRIMO處理過(guò)的網(wǎng)格中，所有細(xì)胞都定位在網(wǎng)眼的正中央（紅色方框）。
PRIMO作用：為冷凍電鏡提供更好的細(xì)胞樣本：精準(zhǔn)的自動(dòng)化細(xì)胞定位、優(yōu)化的細(xì)胞伸展、標(biāo)準(zhǔn)化微圖案設(shè)計(jì)、電鏡網(wǎng)格表面無(wú)損傷、高產(chǎn)低耗。
6、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。
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。
7、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）。
PRIMO作用：混合其他水凝膠，形成粘附性基質(zhì)，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。
8、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
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。
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。
9、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。
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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