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基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的微流控装置中的活细胞培养

Viable cell culture in PDMS-based microfluidic devices.

作者信息

Tanyeri Melikhan, Tay Savaş

机构信息

Biomedical Engineering Program, Duquesne University, Pittsburgh, PA, United States.

Institute of Molecular Engineering, University of Chicago, Chicago, IL, United States; Institute of Genomics and Systems Biology, University of Chicago, Chicago, IL, United States.

出版信息

Methods Cell Biol. 2018;148:3-33. doi: 10.1016/bs.mcb.2018.09.007. Epub 2018 Nov 14.

Abstract

Microfluidics has played a vital role in developing novel methods to investigate biological phenomena at the molecular and cellular level during the last two decades. Microscale engineering of cellular systems is nevertheless a nascent field marked inherently by frequent disruptive advancements in technology such as PDMS-based soft lithography. Viable culture and manipulation of cells in microfluidic devices requires knowledge across multiple disciplines including molecular and cellular biology, chemistry, physics, and engineering. There has been numerous excellent reviews in the past 15 years on applications of microfluidics for molecular and cellular biology including microfluidic cell culture (Berthier et al., 2012; El-Ali, Sorger, & Jensen, 2006; Halldorsson et al., 2015; Kim et al., 2007; Mehling & Tay, 2014; Sackmann et al., 2014; Whitesides, 2006; Young & Beebe, 2010), cell culture models (Gupta et al., 2016; Inamdar & Borenstein, 2011; Meyvantsson & Beebe, 2008), cell secretion (Schrell et al., 2016), chemotaxis (Kim & Wu, 2012; Wu et al., 2013), neuron culture (Millet & Gillette, 2012a, 2012b), drug screening (Dittrich & Manz, 2006; Eribol, Uguz, & Ulgen, 2016; Wu, Huang, & Lee, 2010), cell sorting (Autebert et al., 2012; Bhagat et al., 2010; Gossett et al., 2010; Wyatt Shields Iv, Reyes, & López, 2015), single cell studies (Lecault et al., 2012; Reece et al., 2016; Yin & Marshall, 2012), stem cell biology (Burdick & Vunjak-Novakovic, 2009; Wu et al., 2011; Zhang & Austin, 2012), cell differentiation (Zhang et al., 2017a), systems biology (Breslauer, Lee, & Lee, 2006), 3D cell culture (Huh et al., 2011; Li et al., 2012; van Duinen et al., 2015), spheroids and organoids (Lee et al., 2016; Montanez-Sauri, Beebe, & Sung, 2015; Morimoto & Takeuchi, 2013; Skardal et al., 2016; Young, 2013), organ-on-chip (Bhatia & Ingber, 2014; Esch, Bahinski, & Huh, 2015; Huh et al., 2011; van der Meer & van den Berg, 2012), and tissue engineering (Andersson & Van Den Berg, 2004; Choi et al., 2007; Hasan et al., 2014). In this chapter, we provide an overview of PDMS-based microdevices for microfluidic cell culture. We discuss the advantages and challenges of using PDMS-based soft lithography for microfluidic cell culture and highlight recent progress and future directions in this area.

摘要

在过去二十年中,微流控技术在开发用于在分子和细胞水平研究生物现象的新方法方面发挥了至关重要的作用。然而,细胞系统的微尺度工程仍是一个新兴领域,其本质上的特点是诸如基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的软光刻等技术频繁出现颠覆性进展。在微流控设备中对细胞进行可行的培养和操作需要跨多个学科的知识,包括分子和细胞生物学、化学、物理学及工程学。在过去15年里,已经有许多关于微流控技术在分子和细胞生物学中的应用的优秀综述,包括微流控细胞培养(伯蒂埃等人,2012年;埃尔 - 阿里、索尔格和詹森,2006年;哈尔多松等人,2015年;金等人,2007年;梅林和泰,2014年;萨克曼等人,2014年;怀特赛兹,2006年;杨和比贝,2010年)、细胞培养模型(古普塔等人,2016年;伊纳姆达尔和博伦斯坦,2011年;梅万特松和比贝,2008年)、细胞分泌(施雷尔等人,2016年)、趋化性(金和吴,2012年;吴等人,2013年)、神经元培养(米利特和吉列特,2012a,2012b)、药物筛选(迪特里希和曼兹,2006年;埃里博尔、乌古兹和乌尔根,2016年;吴、黄和李,2010年)、细胞分选(奥泰伯特等人,2012年;巴加特等人,2010年;戈塞特等人,2010年;怀亚特·希尔兹四世、雷耶斯和洛佩斯,2015年)、单细胞研究(勒考特等人,2012年;里斯等人,2016年;尹和马歇尔,2012年)、干细胞生物学(伯迪克和武尼亚克 - 诺瓦科维奇,2009年;吴等人,2011年;张和奥斯汀,2012年)、细胞分化(张等人,2017a)、系统生物学(布雷斯劳尔、李和李,2006年)、三维细胞培养(许等人,2011年;李等人,2012年;范杜宁等人,2015年)、球体和类器官(李等人,2016年;蒙塔涅斯 - 索里、比贝和宋,2015年;森本和竹内,2013年;斯卡达尔等人,2016年;杨,2013年)、芯片器官(巴蒂亚和英格伯,2014年;埃施、巴欣斯基和许,2015年;许等人,2011年;范德米尔和范登伯格,2012年)以及组织工程(安德森和范登伯格,2004年;崔等人,2007年;哈桑等人,2014年)。在本章中,我们概述了用于微流控细胞培养的基于PDMS的微器件。我们讨论了使用基于PDMS的软光刻进行微流控细胞培养的优点和挑战,并强调了该领域的最新进展和未来方向。

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