La piattaforma VersaLive consente la coltura cellulare microfluidica di mammiferi per applicazioni versatili

Biologia delle comunicazioni volume 5, numero articolo: 1034 (2022) Citare questo articolo

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La coltura cellulare basata sulla microfluidica consente una precisa regolazione spazio-temporale del microambiente, l'imaging di cellule vive e una migliore ricapitolazione delle condizioni fisiologiche, riducendo al minimo il consumo di reagenti. Nonostante la loro utilità, la maggior parte dei sistemi microfluidici sono progettati pensando a un'applicazione specifica e di solito richiedono attrezzature e competenze specializzate per il loro funzionamento. Tutti questi requisiti impediscono l’ampia adozione della coltura cellulare basata sulla microfluidica. Qui, abbiamo progettato e implementato una piattaforma microfluidica per colture cellulari di perfusione versatile e facile da usare per molteplici applicazioni (VersaLive) che richiede solo pipette standard. Qui, mostriamo i molteplici usi di VersaLive (ad esempio, imaging di cellule vive time-lapse, immunocolorazione, recupero cellulare, lisi cellulare, trasfezione di plasmidi) in linee cellulari di mammiferi e cellule primarie. VersaLive potrebbe sostituire i formati standard di colture cellulari in diverse applicazioni, riducendo così i costi e aumentando la riproducibilità tra i laboratori. Il layout, la documentazione e i protocolli sono open source e disponibili online all'indirizzo https://versalive.tigem.it/.

È possibile progettare sistemi su scala microscopica per soddisfare requisiti sperimentali difficili o del tutto impossibili da soddisfare nelle colture cellulari standard di mammiferi1,2,3. In generale, l'uso della microfluidica per la coltura cellulare consente un controllo preciso dei fattori estrinseci (ad esempio, nutrienti, trattamento farmacologico, confinamento del campione) imitando meglio le condizioni fisiologiche4,5,6,7. Grazie ai volumi ridotti, la microfluidica consente di ridurre al minimo il consumo di prodotti chimici costosi. Il maggiore grado di controllo sulle condizioni sperimentali aumenta l'affidabilità dei protocolli in cui il risultato altrimenti dipende maggiormente dalle capacità dell'operatore. Negli ultimi anni, ad esempio, l’uso di sistemi microfluidici si è dimostrato promettente nel facilitare una migliore diagnosi del cancro standardizzando l’analisi dei biomarcatori immunoistochimici8,9,10. Altre recenti applicazioni chiave della microfluidica nelle cellule di mammifero sono il sequenziamento di singole cellule ad alto rendimento11,12, lo screening farmacologico parallelizzato13, la modulazione temporale dei trattamenti14 e il controllo feedback automatizzato dei processi biologici15.

Le piattaforme microfluidiche sono generalmente progettate per singole applicazioni specifiche (ad esempio, colture cellulari4, trascrittomica di singole cellule11, immunocolorazione di tessuti fissati9) e la maggior parte delle volte comportano complessi processi di microfabbricazione multistrato14,16,17. Kolnik et al. ha sviluppato una piattaforma microfluidica per l'imaging di cellule vive in grado di stimolare dinamicamente le cellule coltivate con due input e tutti i loro rapporti misti14. Questa piattaforma richiede una fabbricazione principale multistrato, utilizza un protocollo di caricamento delle celle complesso, richiede l'uso di apparecchiature supplementari (ad esempio motori passo-passo, controller esterni) e lunghi tubi di collegamento, imponendo così volumi morti che superano il volume effettivo del chip molto microfluidico . D'altra parte, Gagliano et al. ha sfruttato un dispositivo microfluidico a strato singolo e autonomo per aumentare l'efficienza del processo di riprogrammazione della pluripotenza delle cellule somatiche umane4. Questa piattaforma ha il vantaggio di una geometria e di una fabbricazione semplici ma con lo svantaggio della sola coltura cellulare statica che limita le possibili applicazioni. Sia il Kolnik et al. e Gagliano et al. le piattaforme non sono ottimizzate per un recupero diretto delle cellule coltivate.

In questo lavoro, abbiamo progettato e sviluppato un dispositivo microfluidico versatile, che abbiamo chiamato VersaLive, per consentire l'applicazione di molteplici protocolli per cellule di mammifero aderenti che includono coltura cellulare, immunocolorazione, imaging di cellule vive e recupero cellulare utilizzando pipette da laboratorio standard. Per facilitare un'ampia adozione di VersaLive e facilitare il trasferimento dei protocolli sperimentali standard alla microfluidica, abbiamo progettato VersaLive in modo che possa essere replicato tramite semplici procedure di microfabbricazione e in modo che tutte le operazioni sul chip possano essere eseguite mediante pipettaggio standard. Abbiamo dimostrato la coltura di linee cellulari e cellule primarie e l'applicazione di una varietà di protocolli dall'immunocolorazione alla trasfezione plasmidica e alla lisi cellulare.