點(diǎn)成案例| BE-Gradient 微流控芯片用于膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的研究

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤為一種高度惡性，生長(zhǎng)快、病程短的致死腫瘤疾病，它是成人最常見的原發(fā)性侵襲性腦腫瘤，每年大約有12,000名新增病例。

由于其研究的特殊性，如何在體外模擬更真實(shí)的仿生環(huán)境一直是臨床研究的難點(diǎn)，西班牙薩拉戈薩大學(xué)的研究小組成功攻克了這一難題，讓我們看看這事怎么做的吧！

#01研究快速導(dǎo)覽

背景

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM〉是最致命的腫瘤類型之一。在這些腫瘤中，高細(xì)胞區(qū)被命名為假性細(xì)胞區(qū)，并被推測(cè)為膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞遷移的波。這些細(xì)胞的"波浪"被認(rèn)為是由腫瘤引起的血管閉塞所造成的氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗所誘發(fā)的。雖然這些結(jié)構(gòu)在GBM腫瘤中的普遍存在表明，它們可能在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的擴(kuò)散和入侵中發(fā)揮了重要作用，但在體外重新創(chuàng)造這些結(jié)構(gòu)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

方法

西班牙薩拉戈薩大學(xué)通過采用先進(jìn)的體外細(xì)胞培養(yǎng)裝置——BE-Gradient微流控芯片，模擬了假性細(xì)胞區(qū)形成的動(dòng)態(tài)過程。將U-251 MG細(xì)胞嵌入微流控芯片的膠原水凝膠中。通過控制介質(zhì)在橫向微通道的流動(dòng)，模仿和控制與這種疾病相關(guān)的血管阻塞事件。

結(jié)果

通過使用這個(gè)新的系統(tǒng)，證明營(yíng)養(yǎng)和氧氣的缺乏會(huì)引發(fā)一個(gè)強(qiáng)烈的遷移過程，導(dǎo)致體外假紫斑的產(chǎn)生。這些結(jié)果驗(yàn)證了假性細(xì)胞區(qū)的假說，并顯示出與缺氧驅(qū)動(dòng)生物學(xué)模型的出色一致性。

本研究有效的證明了BE-Gradient微流控芯片作為先進(jìn)的體外培養(yǎng)裝置，能夠很好的模擬在腫瘤演變過程中營(yíng)養(yǎng)和氧氣的化學(xué)梯度變化。

#02 BE-Gradient的實(shí)驗(yàn)效果介紹

下面讓我們了解基于BE-Gradient 微流控芯片更多的實(shí)驗(yàn)效果。

BE-Gradient 微流控芯片模擬化學(xué)梯度變化的可能性展示（方案之一）：

圖1 BE-Gradient 微流控芯片模擬營(yíng)養(yǎng)和氧氣的缺乏區(qū)域（I）和富集區(qū)域(II)的示意圖

微流控芯片細(xì)胞長(zhǎng)期體外存活能力展示：

圖2 在9天后，U-251細(xì)胞在微流控芯片中的存活顯示，活細(xì)胞（用1μg/ml的鈣素標(biāo)記）顯示為綠色，死細(xì)胞顯示為紅色（用4μg/ml的碘化丙啶標(biāo)記）。白色虛線劃定了微型裝置柱（50x100 μm）。細(xì)胞在1.5mg/ml膠原水凝膠內(nèi)以400萬細(xì)胞/ml的速度培養(yǎng)

假性細(xì)胞區(qū)形成的動(dòng)態(tài)過程展示：

圖3 在限定條件下形成假性細(xì)胞區(qū)過程

將400萬cells/ml的U-251置于1.5mg/ml的膠原水凝膠中，在微型裝置內(nèi)培養(yǎng)。在不受限制的條件下，每天更換一次培養(yǎng)基，并在3天（A）、6天（B）和9天（C）使用鈣黃素（綠色）和碘化丙啶（紅色）評(píng)估細(xì)胞的活力。為了模擬受阻的情況，只讓介質(zhì)通過右側(cè)微通道流動(dòng)，并在3（D）、6（E）和9（F）天評(píng)估細(xì)胞活力。白色虛線劃定了微裝置柱（50x100 μm）的界限。圖表顯示了在3天（G）、6天（H）和9天（I），在受阻和不受阻的情況下，整個(gè)微室正交視圖的熒光強(qiáng)度。圖中的邊界位置由灰色虛線劃定。比例尺為200μm。

圖4 假性細(xì)胞區(qū)形成期間的細(xì)胞形狀

在不受限制（A）或受阻（B）的條件下培養(yǎng)5天后，拍攝微室的共聚焦圖像。(C)分析了假性細(xì)胞區(qū)后部和前部的細(xì)胞形狀，并與無限制條件下的同一區(qū)域進(jìn)行比較；。(D) 在受阻條件下，假性細(xì)胞區(qū)后部的方向性。(E) 石蠟包埋的GBM樣本的蘇木精和伊紅染色。(F) 患者樣本中假頂點(diǎn)后部和前部的細(xì)胞核長(zhǎng)寬比；比例尺為200μm。

參考文獻(xiàn)：

[1]Jose, et al. "Glioblastoma on a microfluidic chip: Generating pseudopalisades and enhancing aggressiveness through blood vessel obstruction events." Neuro Oncology (2017).

#03 Be-Gradient的其他應(yīng)用

產(chǎn)品介紹：

Be-Gradient 由一個(gè)中央室（模擬細(xì)胞培養(yǎng)）和兩條包含 3 個(gè)通向中心室的橫向通道（模擬血管）組成。用于模仿體外的細(xì)胞培養(yǎng)。它可以在化學(xué)梯度下進(jìn)行3D或2D細(xì)胞培養(yǎng)。由于其使用的聚合物具有一定的光學(xué)透明度，所以可以搭載顯微鏡、熒光顯微鏡和共焦顯微鏡輔助觀測(cè)。

• 3D 細(xì)胞培養(yǎng)：首先將細(xì)胞混合在液相水凝膠中，然后將它們引流至中央室中。水凝膠聚合完成后，通過橫向通道灌注具有不同濃度化合物的培養(yǎng)基，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)效果。

• 2D 細(xì)胞培養(yǎng)：適用于貼壁細(xì)胞，不僅可以在中央室中檢測(cè)，也可以在橫向通道中培養(yǎng)。

應(yīng)用領(lǐng)域：細(xì)胞/球狀體入侵和遷移、血管新生、轉(zhuǎn)移、血管生成、趨化、缺血、細(xì)胞分化或氧化壓力、微型器件內(nèi)的壞死核心生成、葡萄糖梯度實(shí)驗(yàn)。

END

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