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

膠質(zhì)母細胞瘤為一種高度惡性，生長快、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的仿生環(huán)境一直是臨床研究的難點，西班牙薩拉戈薩大學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)母細胞瘤（GBM〉是最致命的腫瘤類型之一。在這些腫瘤中，高細胞區(qū)被命名為假性細胞區(qū)，并被推測為膠質(zhì)母細胞瘤細胞遷移的波。這些細胞的"波浪"被認為是由腫瘤引起的血管閉塞所造成的氧氣和營養(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)母細胞瘤的擴散和入侵中發(fā)揮了重要作用，但在體外重新創(chuàng)造這些結(jié)構(gòu)仍然是一個挑戰(zhàn)。

方法

西班牙薩拉戈薩大學通過采用先進的體外細胞培養(yǎng)裝置——BE-Gradient微流控芯片，模擬了假性細胞區(qū)形成的動態(tài)過程。將U-251 MG細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，模仿和控制與這種疾病相關(guān)的血管阻塞事件。

結(jié)果

通過使用這個新的系統(tǒng)，證明營養(yǎng)和氧氣的缺乏會引發(fā)一個強烈的遷移過程，導(dǎo)致體外假紫斑的產(chǎn)生。這些結(jié)果驗證了假性細胞區(qū)的假說，并顯示出與缺氧驅(qū)動生物學模型的出色一致性。

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

#02 BE-Gradient的實驗效果介紹

下面讓我們了解基于BE-Gradient 微流控芯片更多的實驗效果。

BE-Gradient 微流控芯片模擬化學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

微流控芯片細胞長期體外存活能力展示：

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

假性細胞區(qū)形成的動態(tài)過程展示：

圖3 在限定條件下形成假性細胞區(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）評估細胞的活力。為了模擬受阻的情況，只讓介質(zhì)通過右側(cè)微通道流動，并在3（D）、6（E）和9（F）天評估細胞活力。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，整個微室正交視圖的熒光強度。圖中的邊界位置由灰色虛線劃定。比例尺為200μm。

圖4 假性細胞區(qū)形成期間的細胞形狀

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)分析了假性細胞區(qū)后部和前部的細胞形狀，并與無限制條件下的同一區(qū)域進行比較；。(D) 在受阻條件下，假性細胞區(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) 患者樣本中假頂點后部和前部的細胞核長寬比；比例尺為200μm。

參考文獻：

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

• 3D 細胞培養(yǎng)：首先將細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，并實時監(jiān)測效果。

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

應(yīng)用領(lǐng)域：細胞/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、葡萄糖梯度實驗。

END

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