تدوين تكنولوژي ساخت چيپ ميكروفلوئيديك به منظور ارزيابي روند مهاجرت سلول‌هاي مهاجم سرطاني سينه و بهبود عملكرد آن

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مكانيك

كارشناسي ارشد

چكيده يكي از روشهاي آزمايشگاهي رايج در بررسي اثربخشي يك داروي پيشنهادي در درمان سرطان، داروي مورد نظر با سلولهاي كشت داده شده در شرايط آزمايشگاهي است. كشت سلول به طور سنتي به صورت تك اليههاي دوبعدي در محيطهاي بيحركت مانند پتريديش يا فالسك انجام ميشود. با توجه به آن كه سلول در فالسك در دوبعد كشت ميشود، دستهاي از ارتباطهاي بين سلولي كه در حالت طبيعي در بدن انسان به صورت سهبعدي ميباشد را، از دست ميدهد. به دليل اين تفاوتها در برهمكنش سلولي در كشتهاي دوبعدي )برهمكنش سلول - سلول و سلول - محيط اطراف(، همچنين تفاوت در دسترسي به اكسيژن، مواد غذايي و غيره و نيز تفاوت در قطبيت و ويژگيهاي فيزيكي و مكانيكي سلولها و تاثير اين موارد بر بسياري از فرآيندهاي حياتي سلول )از قبيل رشد، تمايز، پاسخ به محرك و غيره( نسبت به شرايط طبيعي، كشتهاي دوبعدي نميتوانند مدلهاي مناسبي براي تعميم نتايج بررسيهاي دارويي باشند. براي رفع اين مشكل كشت سلول به شيوه سهبعدي پيشنهاد ميشود. در مطالعه حاضر يك طرح اوليه سيستم ميكروفلوئيديك براي مطالعه كمي مهاجرت و تهاجم سلولي با امكان بررسي و ارزيابي روند مهاجرت سلولهاي مهاجم سرطاني سينه و بهبود عملكرد آن را در نظر گرفته شده است. هدف كلي اين مطالعه ساخت يك چيپ اوليه مناسب براي مانيتورينگ حركت سلولي بود. در اين سيستم ميكروفلوئيديك، نيمدايرههاي متحدالمركز با فاصلهي يك ميليمتر وجود دارد كه يكسري كانالهاي عمود بر كانالهاي اصلي با ابعاد ميكروني وجود خواهد داشت كه در واقع شبيهسازي مويرگها و رگ هاي لنفي هستند. براي اين كار ابتدا مطابق با پژوهش هاي گذشته يك چيپ اوليه طراحي گرديد. چيپ طراحي شده وارد نرمافزار كامسول شده و كارايي آن مورد شبيهسازي قرار گرفت. نحوه پرشدن كانالهاي مياني كه حاوي سلول است با استفاده از جريان دوفازي و بررسي سرعت و فشار در كانال جانبي براي تغذيه سلولها با استفاده از جريان آرام انجام گرديد. نتايج شبيهسازي نشان داد در چيپ نهايي سرعت و فشار بيشينه به ترتيب برابر 3.77 ميليمتر بر ثانيه و 1.26 كيلو پاسكال بود. در ادامه با توجه نتايج شبيهسازي چيپ اوليه بهينهسازي انجام گرفت. با توجه به شبيهسازي انجام شده و امكانات ساخت، ارتفاع كانال از 200 ميكرون به 150 ميكرون كاهش يافت. فاصله نيمدايرههاي متحدالمركز از 420 ميكرون به 460 ميكرون افزايش يافت. كليه زواياي كانالها در چيپ الگو 45 درجه بودند كه به ترتيب از بيرونيترين كانال از 45 درجه به 35 درجه و كانال دوم بدون تغيير و كانال سوم از 45 به 55 درجه تغيير يافتند. الگو ذوزنقهها در چيپ نيز تغيير يافت. براي اطمينان از عملكرد چيپ بهينه مجدد بر روي آن شبيهسازي صورت گرفت. پر شدن چيپ بهينه مشابه چيپ اوليه بوده و سرعت بيشينه آن 0.36 درصد كاهش يافته كه براي طول عمر آن مفيد است. قالب نهايي با استفاده از روش ليتوگرافي ساخته شد. در انتها چيپ مورد نظر در آزمايشگاه براي تست سلول مورد استفاده قرار گرفت، در كانال و نحوه پر شدن كانالهاي مياني و حركت سيال در كانال جانبي مورد ارزيابي قرار گرفت. 10×20 سلول در هر ميليليتر شمارش شده و با محلول كالژن نوع يك با غلظت 2 ميلي 6 سلولهاي -231MB-MDA با تعداد گرم در ميليليتر مخلوط گرديد. 2 ميكروليتر مخلوط سلول-هيدروژل از قسمت ورودي چيپ ميكروفلوئيديك شماره 1 به داخل كانال مركزي )مربوط به سلولهاي تومور( بارگذاري شد. سپس ميكروچيپ به منظور پليمريزاسيون ژل به مدت 20 دقيقه در دماي 37 درجه سانتيگراد، داخل انكوباتور 2CO قرار داده شد تا ساختار سهبعدي ايجاد شود. سپس كانال دوم با كالژن تنها، به عنوان استروما پر شد و ميكروچيپ به منظور پليمريزاسيون ژل كالژن به مدت 20 دقيقه در دماي 37 درجه سانتيگراد، داخل انكوباتور 2CO قرار داده شد. كانالهاي بعدي از محيط كشت پر شد. روز اول، سوم و ششم عكسبرداري انجام شد. نتايج به دست آمده نشاندهنده زندهماني سلول ها و مهاجرت تدريجي آنها از كانال اصلي به كانال استروما بود. البته محدوديتهايي نظير ايجاد حباب، تبخير سطحي محيط كشت و نشت مايع در چيپهاي اوليه وجود داشت كه با اصالحهاي انجام شده بهبود پيدا كرد. به طور كلي، چيپ حاضر ميتواند به عنوان يك سيستم ميكروفلوئيديك بهينه براي مطالعه مهاجرت سلولي مهاجم سرطان در پژوهش آينده مورد استفاده قرار گيرد.

226584

ساخت و توليد

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان