Устройство для долгосрочного отслеживания и манипулирования стволовыми клеток

Междисциплинарная команда разработала решение проблемы долгосрочного отслеживания и манипулирования клетками в биологии развития.

Инженер-механик Адела Бен-Якар из Техасского университета в Остине и биолог по стволовым клеткам Джошуа Брикман из Копенгагенского университета создали автоматизированное микрофлюидное устройство для стабильной визуализации эмбриональных стволовых клеток мыши в течение трёх дней. Результаты описаны в журнале Biomicrofluidics.

"Наблюдение за отдельными клетками и их реакцией в зависимости от начального состояния позволяет нам моделировать процессы дифференцировки стволовых клеток и лучше контролировать их", — сказала Бен-Якар.

Изучение стволовых клеток — ключ к пониманию эмбрионального развития. Однако эти клетки разнообразны и динамичны, поэтому для установления причинно-следственных связей их необходимо исследовать по отдельности. Долгосрочная высокоразрешающая микроскопия таких клеток технически сложна.

Проблема существующих устройств: Двухслойные микрофлюидные чипы имеют управляющие клапаны в нижнем слое, что создаёт зазор между клетками и стеклянной подложкой, делая высококачественную визуализацию невозможной.

Решение команды: Они разработали новые 3-D порты с клапанами в верхнем слое, управляющими потоком жидкости между слоями. Это позволило культивировать клетки непосредственно на стекле нижнего слоя для оптимальной микроскопии.

Разработка потребовала долгого итеративного процесса для определения оптимальных условий роста клеток в специализированной среде малого объёма. Были установлены:

• Тайминг обмена питательной среды — не слишком частый, чтобы клетки могли обмениваться сигналами и расти.
• Скорость обмена жидкости, не вызывающая стресс у клеток.

После достижения стабильного культивирования здоровых клеток команда продемонстрировала высокоразрешающую визуализацию флуоресцентных маркеров стабильности стволовых клеток.

Бен-Якар основала компанию Newormics в 2016 году для повышения надёжности микрофлюидных устройств. Следующие шаги — упрощение программного обеспечения для управления клапанами нового устройства и его распространение среди коллабораторов для углублённого изучения дифференцировки клеток.