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类器官组织微环境制备及高通量3D检测系统

   

创新性的微米级别的类器官组织微环境制备

用非接触、无掩膜的光学蚀刻方法制备细胞模型

具有50块微孔板的100层扫描和深度成像

适合类器官、类器官芯片等应用

 

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产品概况

       

       如何制备出具有可控性和重复性的类器官模型,以便更有效的进行活细胞和疾病研究,一直是生物学家进行类器官研究所面临的巨大挑战之一。

       法国Alvéole的PRIMO是创新性定制细胞模型的工具,能在微米级别的尺度下,用非接触、无掩膜的光学蚀刻方法制备细胞模型、以具有超高灵活度和再现性的生物工程手段实现体外微环境的定制,同时可对其机械力学和生化特性进行设计微调,具有高度的灵活性、可控性和可重复性。选择电脑中任意一张图案,PRIMO都能将它投射到细胞培养基质上,利用非接触式、无掩模的光刻技术,在软件和光敏试剂的帮助下获得任意图案的2D蛋白涂层或3D水凝胶或微流控结构,可用于类器官和类器官芯片的制备。

       本系统的检测设备为CellAssist 50实时高通量3D组织及细胞监控分析系统:Cell Assist 50 可以同时间监测50块微孔板,进行至少100层扫描,可对厚度为4毫米的组织进行Z轴成像,特别适合类器官、细胞球体、类器官芯片、基质胶的成像,同时具备高分辨率的无标记相差成像,可以很好的完成细胞增殖、干细胞诱导分化、细胞划痕、细胞运动、药物筛选等常规细胞功能实验,获得每个时间点的照片、数值、曲线、影像。

        目前PRIMO系统在全球用户110+。


原理图.jpg


产品原理

用表面蛋白涂层(Micropatterning)、水凝胶建构(Structuration of Hydrogel)、微流道建构(Microfabrication)方法设计类器官细胞模型和类器官芯片,用Cell Assist 50进行类器官细胞模型和类器官芯片的观察和检测。参考PRIMO原理和Cell Assist 50原理。


产品特点

 1、步骤简单:四步可完成:计算机图案设计、用UV光蚀刻构建基质结构、种蛋白进行基质功能化、将细胞接种到定制好的微环境中。

2、高灵活性:可按照任意图案去构建基质和/或使其功能化,不限图案的大小和复杂程度,只需软件操作即可灵活改变图案,从而生成不同的细胞模型。

3、非接触式、无掩模UV投射:可灵活控制UV的照射强度、照射时间和照射区域对基质进行蚀刻、切割和固化。可以实时观看蚀刻过程,及时调整和优化实验条件。

4、适用于多种基质:用户可以使用任意一个常规的细胞基质:可以是扁平的,也可以是带有微结构的,可以是坚硬的也可以是柔软的,如:玻璃盖玻片、塑料培养皿、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯、水凝胶(PEG丙烯酸酯、聚丙烯酰胺凝胶、琼脂、基质胶)、光刻胶,等。

5、适合多种蛋白:PRIMO的客户日常使用超过10种的各类蛋白:Fibrinogen-488, Fibrinogen-647, Fibronectin, GFP, Neutravidin-488, Neutravidin-647, PLL-PEG-Biotin, Protein A-647, Streptavidin, 初级和次级抗体,等。

6、蚀刻高分辨率:全视野分辨率为1.2?m( 500×300?m ,20倍物镜)。

7、多层次:可蚀刻256个灰阶层次,粘附不同密度层次的蛋白。

8、多种蛋白:可应用3种不同蛋白(根据实验需求),可从用户日常使用的10多种蛋白质中选取。

9、自动对齐:自动进行检测和图案定位,如自动对齐于微结构或者微图案上。

10、蚀刻速度快:完成整个视野中的图案(500×300?m,20倍物镜),仅需0.5s。

11、可进行无标记高通量成像:

11.1 可同时间监测50块孔板;

11.2 自带培养箱环境,细胞成像过程无需离开培养箱;

11.3 具有明场和相差两种高分辨成像,配备4倍10倍20倍镜;

11.4 成像速度快,标准的全孔扫描:3分钟(4倍,96孔,7焦平面,672张图像);7分钟(10倍,24孔,11焦平面,3168张图像);10分钟(10倍,96孔,11焦平面,4224张图像)。

12、独特的Z轴成像功能:

12.1 可进行无标记3D成像,捕获至少100个焦平面的清晰图像,每个焦平面相距2?m至50?m(用户可选择),z范围至少为4.0 mm;

12.2 兼容多种样本,如贴壁细胞、悬浮细胞、类器官、干细胞、基质胶;

12.3 支持孔板预扫,针对不同批次板子适配;

12.4 成像方式,如全孔成像、固定视野、自定义视野。

13、强大的分析能力:

13.1 可进行大数据快速分析;

13.2 可以输出细胞融合率曲线、细胞团数目、倍增时间、IC50等指标;

13.3 具有克隆追踪功能,可追溯每个克隆团的来源;

13.4 同时管理多块板子数据,内建数据追踪机制。

14、独特光学成像架构:

14.1 3台相机同时工作,解决单相机成像速度慢问题;

14.2 环状LED光源,提供均一亮度, 降低孔板边缘效应;

14.3 图像像素高达500万。


产品应用

类器官应用:

1、 PRIMO可以通过水凝胶结构化创建具有3D支撑作用的基质结构,再加上类器官发育所必需的各种细胞生长因子,将多能诱导干细胞或胚胎干细胞培养形成具有三维立体结构的各种类器官进行功能性研究。

2、 PRIMO可以将来自于患者的原代肿瘤细胞培养成更接近于体内形态的肿瘤球,进行抗肿瘤药理实验。

3、 PRIMO还可以通过构建类器官芯片,创造3D微结构,进行多种细胞的共培养,在体外模拟多个细胞相互作用的体内运行。


其他所有研究细胞与微环境作用的领域。如:

1、2D细胞微环境建构,研究如细胞迁移/趋触性、细胞黏附、细胞力学、细胞标准化培养、电镜的标准化细胞观察等。

2、3D细胞微环境建构,研究如细胞球培养、类器官、组织工程等。

3、微流体芯片制作,研究如类器官芯片、细胞流体力学研究、小分子扩散研究等。

 

观察成像:

1.   对以上建立的类器官和细胞模型进行高通量(50块微孔板)的成像,可以进行至少100层扫描,可对厚度为4毫米的组织进行Z轴成像。

2.   适合类器官、细胞球体、类器官芯片、基质胶的成像。


应用展示

1、非粘附性基质的细胞球标准化培养

下图:上图:光聚合的PEG水凝胶(4-arm-PEG-acryl hydrogel)槽内的HEK细胞球。

下左图,下中图:荧光显微图像,PEG水凝胶槽内的小球体和双球体。


6、细胞球培养.png


PRIMO作用:细胞球是细胞的聚集,可以作为生理模型或复杂类器官的起始模型。非粘附性水凝胶基质固化形成微孔,细胞种植其中形成细胞球,可形成多种细胞共培养、由多种蛋白调控的3D组织类器官模型。


2、粘附性基质的细胞培养

下图:PEG水凝胶通过聚合形成特定形状,然后用交联分子的方法进行装饰,允许COS-7细胞在这些结构中生长,以模拟毛细血管(上图)和小肠绒毛(下图)。中列:Z轴颜色编码的共聚焦荧光显微镜图像,显示COS-7细胞种植在凝胶上,肌动蛋白染色。右列:Z轴用3色最大化投影显示的共聚焦荧光显微图像,显示纤连蛋白(红色),肌动蛋白细胞骨架(绿色)和核膜(蓝色)。


7、粘附性基质培养.png


PRIMO作用:混合其他水凝胶,形成粘附性基质,通过光固化和光剪切,使UV敏感的水凝胶形成特定形状,表面进行功能化,再种植细胞。


3、修饰水凝胶结构

下图:修饰水凝胶结构的原理示意图


8、水凝胶结构修饰-1.png


下图:蓝色为水凝胶,红色为黏附的纤维连接蛋白(fibronectin)。中间和右侧为高分辨图像。


8、水凝胶结构修饰-2.png


PRIMO的作用:混合惰性水凝胶和其他水凝胶,形成粘附性基质,或改造惰性水凝胶成为粘附性基质,再通过光固化和光剪切,使UV敏感的水凝胶形成特定形状,表面进行功能化,再种植细胞,可创造不同的细胞模型,可形成以水凝胶为骨架,多种细胞共培养、由多种蛋白调控的3D组织类器官模型。


4、用微制造设计“类器官芯片”(微流控芯片)

下图:用微制造(Microfabrication)设计“类器官芯片”(微流控芯片),研究者将不同类型的细胞注射到芯片的不同的腔室/管道里,以重现造血干细胞的微生态环境:顶部腔室里的成骨细胞模拟骨骼成分,底部腔室里的HUVEC细胞模拟血管成分,造血干细胞被注射进入中间的通道。


9、微流控芯片制备.png


PRIMO作用:设计“类器官芯片”,创造共培养微环境,在体外模拟多个细胞相互作用的体内运行。


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PRIMO 整体介绍视频
PRIMO 整体操作视频

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