Открытая микрофлюидика может использоваться в многомерном культивировании типов клеток для различных приложений, включая исследования органов на чипе , реакции, управляемые кислородом, нейродегенерацию , миграцию клеток и другие клеточные пути. [1] [2]
Использование обычных микрофлюидных устройств для клеточных исследований уже повысило экономическую эффективность и требования к объему образца, однако использование открытых микрофлюидных каналов добавляет преимущество удаления шприцевых насосов для управления потоком, который теперь регулируется поверхностным натяжением , которое управляет спонтанным капиллярным потоком (SCF) . , и подвергает клетки воздействию окружающей среды. [3] [4] [5] Миниатюризация этого процесса обеспечивает повышенную чувствительность, высокую производительность и простоту манипуляций и интеграции, а также размеры, которые могут быть более физиологически значимыми. [4] [5] [6] [7] [1]Преимущества как открытых, так и закрытых микрофлюидных платформ позволили использовать их комбинацию, когда устройство открыто для введения и культивирования клеток и может быть запечатано перед анализом. [3]
Клетки и белки могут быть сформированы в микрожидкостных устройствах, при этом одна из стенок канала может иметь разную геометрию и конструкцию в зависимости от изучаемого поведения и взаимодействий, таких как определение кворума или совместное культивирование нескольких типов клеток. [6] [8] Большая часть культивирования клеток проводилась путем введения клеток в перфузируемыйкондиционированная среда для имитации желаемых клеточных популяций в традиционных микрожидкостных устройствах с закрытым каналом. Задача поддержки роста клеток и одновременного изучения нескольких типов клеток в одном устройстве с открытым каналом заключается в том, что взаимодействие между клетками в этой среде необходимо контролировать, поскольку время и место взаимодействия имеют решающее значение. [9] Эту проблему можно решить несколькими способами, включая модификацию конструкции устройства, использование капельной микрофлюидики и сортировку клеток . [9] [10] Это не только позволяет легко манипулировать окружающей средой клеток, но и наличие открытой стенки канала позволяет лучше понять биологические взаимодействия на этом интерфейсе. [9]Создание конструкций микрофлюидных платформ с разными отсеками, которые изолированы и имеют разные размеры, позволяет проводить совместное культивирование нескольких типов клеток. [6] Эти устройства часто включают в себя образование капель для инкапсуляции клеток и действуют как транспортные и реакционные средства в двух или более несмешивающихся фазах, что позволяет проводить многочисленные параллельные анализы с использованием различных условий. [5] [11] Открытая микрофлюидика также сочеталась с сортировкой клеток , активируемой флуоресценцией (FACS), чтобы позволить клеткам содержаться в индивидуально отсортированных отсеках в открытой микрофлюидной сети для культивирования в открытой среде. [10]Обнажение одной из стенок канала создает проблему испарения и, следовательно, потери клеток, однако эту проблему можно свести к минимуму с помощью капельной микрофлюидики, когда содержащие клетки капли погружаются во фторированное масло. [12] Хотя испарение является основным недостатком использования открытой микрофлюидной системы для культивирования клеток, преимущества по сравнению с закрытой системой включают простоту манипуляций и доступ к клеткам. Для некоторых приложений, таких как изучение транспорта лекарств и функции легких с использованием клеток альвеолярного эпителия , воздействие воздуха необходимо для развития легких. [7]