A plataforma VersaLive permite a cultura microfluídica de células de mamíferos para aplicações versáteis

Biologia das Comunicações volume 5, Número do artigo: 1034 (2022) Cite este artigo

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A cultura celular baseada em microfluidos permite a regulação espaço-temporal precisa do microambiente, geração de imagens de células vivas e melhor recapitulação das condições fisiológicas, enquanto minimiza o consumo de reagentes. Apesar de sua utilidade, a maioria dos sistemas microfluídicos é projetada com uma aplicação específica em mente e geralmente requer equipamento especializado e experiência para sua operação. Todos esses requisitos impedem que a cultura celular baseada em microfluidos seja amplamente adotada. Aqui, projetamos e implementamos uma plataforma microfluídica de cultura de células de perfusão versátil e fácil de usar para várias aplicações (VersaLive), exigindo apenas pipetas padrão. Aqui, mostramos os múltiplos usos do VersaLive (por exemplo, imagens de células vivas com lapso de tempo, imunocoloração, recuperação celular, lise celular, transfecção de plasmídeo) em linhas celulares de mamíferos e células primárias. O VersaLive pode substituir os formatos de cultura de células padrão em várias aplicações, diminuindo assim os custos e aumentando a reprodutibilidade entre os laboratórios. O layout, a documentação e os protocolos são de código aberto e estão disponíveis online em https://versalive.tigem.it/.

Os sistemas em microescala podem ser projetados para acomodar os requisitos experimentais que são difíceis de atender ou totalmente impossíveis na cultura padrão de células de mamíferos1,2,3. Em geral, o uso de microfluídica para cultura de células permite o controle preciso dos fatores extrínsecos (por exemplo, nutrientes, tratamento medicamentoso, confinamento da amostra), ao mesmo tempo em que simula melhor as condições fisiológicas4,5,6,7. Graças aos volumes reduzidos, a microfluídica permite minimizar o consumo de produtos químicos caros. O maior grau de controle sobre as condições experimentais aumenta a confiabilidade dos protocolos onde o resultado é mais dependente das habilidades do operador. Nos últimos anos, por exemplo, o uso de sistemas microfluídicos tem se mostrado promissor em facilitar um melhor diagnóstico de câncer ao padronizar a análise de biomarcadores imuno-histoquímicos8,9,10. Outras aplicações importantes recentes da microfluídica em células de mamíferos são sequenciamento de célula única de alto rendimento11,12, triagem de drogas paralelizadas13, modulação temporal de tratamentos14 e controle de feedback automatizado de processos biológicos15.

As plataformas microfluídicas são geralmente projetadas para aplicações individuais específicas (por exemplo, cultura de células4, transcriptômica de célula única11, imunocoloração de tecidos fixados9) e, na maioria das vezes, envolvem processos complexos de microfabricação multicamadas14,16,17. Kolnik et ai. desenvolveram uma plataforma microfluídica para imagens de células vivas que é capaz de estimular dinamicamente células cultivadas com duas entradas e todas as suas proporções mistas14. Esta plataforma requer uma fabricação mestre multicamada, usa um protocolo de carregamento de células complexo, exige o uso de equipamentos suplementares (ou seja, motores de passo, controladores externos) e tubos de conexão longos, impondo assim volumes mortos que excedem o volume real do próprio chip microfluídico . Por outro lado, Gagliano et al. exploraram um dispositivo microfluídico autônomo de camada única para aumentar a eficiência do processo de reprogramação de pluripotência de células somáticas humanas4. Esta plataforma tem a vantagem de uma geometria e fabricação simples, mas com a desvantagem da única cultura celular estática que limita as possíveis aplicações. Tanto o Kolnik et al. e Gagliano et al. plataformas não são otimizadas para uma recuperação direta das células cultivadas.

Neste trabalho, projetamos e desenvolvemos um dispositivo microfluídico versátil, que chamamos de VersaLive, para permitir a aplicação de vários protocolos para células de mamíferos aderentes, que incluem cultura celular, imunocoloração, imagens de células vivas e recuperação de células usando pipetas de laboratório padrão. Para facilitar a ampla adoção do VersaLive e facilitar a transferência de protocolos experimentais padrão para microfluídica, projetamos o VersaLive para ser replicado por meio de procedimentos simples de microfabricação e para que todas as operações no chip possam ser realizadas por pipetagem padrão. Demonstramos cultura de linhas celulares e células primárias e aplicação de uma variedade de protocolos de imunocoloração para transfecção de plasmídeo e lise celular.