應(yīng)用于活細(xì)胞成像的一次性細(xì)胞培養(yǎng)芯片

盡管最近幾年我們對(duì)細(xì)胞內(nèi)過(guò)程的了解越來(lái)越多，但近期內(nèi)100年來(lái)細(xì)胞培養(yǎng)的基本過(guò)程沒(méi)有根本性的改變。然而，觀察細(xì)胞的方法，卻在近些年進(jìn)行一場(chǎng)革命，如相差，差分干涉對(duì)照，共聚集和熒光等都應(yīng)用于所有細(xì)胞操作的各種常規(guī)研究中。相應(yīng)的，對(duì)高端光學(xué)細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。
在過(guò)去的幾十年里，我們對(duì)細(xì)胞內(nèi)生理過(guò)程的了解越來(lái)越多。然而，在一個(gè)多世紀(jì)中，細(xì)胞培養(yǎng)的基本過(guò)程一直沒(méi)用，還沒(méi)有從根本上改變。比起細(xì)胞培養(yǎng)，細(xì)胞的光學(xué)檢測(cè)方法卻一直在提高，使得生物學(xué)研究達(dá)到一個(gè)新的前沿。
相差顯微鏡，差分干涉對(duì)照，共聚焦顯微鏡，二光子顯微鏡和激光微解剖等為新生物技術(shù)打開(kāi)了新的大門(mén)。熒光技術(shù)引起了生物成像的革命，并發(fā)展成為研究活細(xì)胞內(nèi)分子過(guò)程的定量工具。這些技術(shù)在諸如醫(yī)學(xué)診斷，分子研究，高通量掃描等許多常規(guī)研究中都有應(yīng)用。因此，對(duì)高端光學(xué)細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)的需求越來(lái)越迫切。
細(xì)胞可以置于通道中，在培養(yǎng)基中生存。這種芯片的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)合了細(xì)胞培養(yǎng)皿和光觀察室，代替了高分辨顯微鏡所需要的玻璃載玻片/蓋玻片系統(tǒng)。
1.細(xì)胞培養(yǎng)
芯片μ-Slide滿(mǎn)足了細(xì)胞培養(yǎng)的需要。它用塑料制成，化學(xué)穩(wěn)定性好，可以透過(guò)氣體，與玻璃兼容。
芯片置于消過(guò)毒的容器中，可以很方便地用細(xì)胞懸浮液充滿(mǎn)。將芯片放置在孵化器中時(shí)，通道內(nèi)外可以進(jìn)行氣體交換，細(xì)胞可以在通道中長(zhǎng)時(shí)間生長(zhǎng)。100μL的通道體積可以存留適量的細(xì)胞和培養(yǎng)基。并且因?yàn)樵撔酒瑸橐淮涡允褂?，所以避免了沖洗和高壓滅菌的過(guò)程。
2.生物學(xué)成像
經(jīng)典顯微鏡法存在的一個(gè)問(wèn)題是如何將細(xì)胞轉(zhuǎn)移到玻片上進(jìn)行光學(xué)分析，因?yàn)椴Ｆ姿?，難以操作。細(xì)胞培養(yǎng)芯片 μ-Slide解決了這個(gè)問(wèn)題，它利用一個(gè)透光性好的塑料薄膜，使得我們借助高分辨顯微鏡能夠看到細(xì)胞培養(yǎng)室內(nèi)。
因此，許多細(xì)胞技術(shù)如免疫熒光，原位雜交熒光，基因轉(zhuǎn)染等可以在一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程內(nèi)完成。
3.流通系統(tǒng)
應(yīng)用芯片這個(gè)平臺(tái)，可以設(shè)計(jì)需要多個(gè)流體驅(qū)動(dòng)的光學(xué)研究裝置。通過(guò)兩個(gè)液槽，可以很容易地將通道充滿(mǎn)，或者將通道和泵連接。這種裝置可以應(yīng)用于只能獲得少量細(xì)胞的時(shí)候，如主細(xì)胞株和 干細(xì)胞 分析。
4.人工毛細(xì)管
可以?xún)?yōu)化芯片的幾何形狀便應(yīng)用于其他方面，如血管系統(tǒng)的模擬。通道表面提供了一個(gè)研究血液成分和上皮細(xì)胞脈管壁之間的相互作用的模型。在利用ibidi GmbHR 研究中， 人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞在靜態(tài)灌注的通道中培養(yǎng)，對(duì)通道表面處理使之功能化。
HUVECs細(xì)胞的形態(tài)學(xué)和生長(zhǎng)速度利用相差顯微技術(shù)表征。實(shí)驗(yàn)證明，在灌注通道時(shí)產(chǎn)生的剪切力的影響下，不同功能化表面的通道中HUVECs的穩(wěn)定性各不相同。我們對(duì)許多生物聚合物表面涂層進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明，與對(duì)表面進(jìn)行物理處理相比較，穩(wěn)定性較低。
5 自動(dòng)化顯微鏡
在生物技術(shù)應(yīng)用中，分子生物芯片和分子鑒定得到了廣泛的發(fā)展。可以盛放活細(xì)胞作為檢測(cè)器或者培養(yǎng)皿的集成生物芯片現(xiàn)在正在應(yīng)用。微流控制系統(tǒng)將會(huì)用來(lái)在特定微環(huán)境下生長(zhǎng)不同的細(xì)胞，細(xì)胞之間的信號(hào)傳遞通過(guò)微流控制來(lái)控制。
活細(xì)胞表達(dá)蛋白質(zhì)的原位分析對(duì)藥物的研究十分重要。對(duì)所有的細(xì)胞系統(tǒng)研究來(lái)說(shuō)，光學(xué)控制是必不可少的。因此，適合于小型化和自動(dòng)化的透明塑料微室肯定會(huì)得到發(fā)展。

審核編輯 黃宇