Elektrofizyoloji için Mikroakiskan uygulama

Benim adım Dave Edington. University of Illinois at Chicago'daki Biyoüretim Bölümü'nde yardımcı profesörüm. Temel olarak çalıştığımız alan, mikro teknolojilerin biyomedikal uygulamalara, özellikle de mikroakışkan cihazlar kullanılarak uygulanmasıdır.

Bugün sizlere, bir beyin kesitine uzamsal-zamansal stimülasyon sağlamak amacıyla standart bir beyin kesiti perfüzyon kamerasına uyarlanmış mikroakışkan bir cihazın kullanımını içeren projelerimizden birini göstereceğiz. Mevcut elektrofizyoloji kesit preparasyonlarında, nörotransmitterlerin bir kesite uygulanmasındaki temel yöntemler ya tüm beyin kesiti boyunca global olarak gerçekleşir -yani tüm beyin kesitini aynı anda stimüle ederiz- ya da farklı zaman noktalarında nörotransmitterleri püskürtmek için bir mikropipet kullanılır.

Beyin kesiti oldukça karmaşık bir yapıdır ve nörotransmitterleri genel olarak uyguladığınızda veya bir mikro pipet kullandığınızda, in vivo stimülasyon paternlerini yeniden oluşturamazsınız. Bizim platformumuzda ise, beyin kesiti genelindeki çok spesifik bölgelere yönelik stimülasyonu kontrol edebiliyor ve in vivo ile daha benzer bir stimülasyon elde edebiliyoruz. Burada, standart bir lam üzerine yerleştirilen mevcut perfüzyon sistemleri gösterilmektedir.

Bunlar, besiyerinin tüm kesit boyunca perfüze edilmesine olanak tanır. Ancak, stimülasyon cihazınızla nörotransmitterin çözünürlüğünü mekansal olarak kontrol edemezsiniz. Bu nedenle, bu standart perfüzyon odasına kenetlenen bir mikro flic cihazı geliştirdik.

Böylece tüm standart elektrofizyoloji analizleri kullanılabilir. Buradaki tek farklı özellik, cam kapak cam taban yerine, mikroakışkan kanallara bağlanan birçok geçiş deliğine sahip bir A-P-D-M-S cihazı kullanılmasıdır; bu kanallar üst perfüzyon odasındaki açıklıklara bağlanır ve böylece bu delikler ve kanallar aracılığıyla viyalar üzerinden beyin kesitine nörotransmitterleri stimüle edebiliriz. Sıvıların iletimi için pasif pompalama adı verilen bir teknik kullanıyoruz.

Elektrofizyoloji zaten çok karmaşık bir prosedür olduğu için bu cihazdan çıkan karmaşık borulara ihtiyaç duymuyoruz. Cihaz tasarımını basitleştirerek ve pasif pompalama kullanarak, bu mikroakışkan cihazın uygulama aşamasındaki deneysel protokolünü kolaylaştırıyoruz. Cihazın yapısı, iki katmanlı bir mikroakışkan ağdan oluşmaktadır.

İlk katman, çıkış portlarına bağlanan yönlendirme kanallarıdır ve ikinci katman, bu kanalları kuyucuğa bağlayan geçiş deliklerinden oluşur. Bu imalat, bu viyaların dört kanalın tam merkezine konumlandırıldığından emin olan bazı hizalama işaretlerinin bulunduğu standart iki katmanlı mikrofabrikasyon adımları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu cihaz, standart profüzyon kamarasına kenetlenecek şekilde tasarlanmıştır, böylece tüm aynı elektrofizyoloji analizleri kullanılabilir.

Böylece bunu elektrofizyoloji düzeneğine yerleştirebilir, objektifimizi konumlandırabilir, mikroakışkan kanallarımız aracılığıyla lokal stimülasyon sağlayabilir ve deneysel kurulumu gereğinden fazla karmaşıklaştırmadan yönetebiliriz. Cihaz tasarımını mümkün olduğunca basit tutarak, bu platformun yaygınlaştırılmasını çok daha kolaylaştırabiliriz. Mevcut yapımızda mikroakışkan kanallarımızın ortasında bu dört V şeklinde kanal bulunmaktadır; ancak bunlar, çalışılan beyin bölgesine bağlı olarak farklı laboratuvarların ihtiyaçlarına göre uyarlanabilir.

Böylece bir bölge hipokampusu, bir diğeri ise dış korteksi inceleyebilir. Bu mikroakışkan cihazı nasıl tasarladığımıza bağlı olarak bu bölgeleri stimüle edebiliriz. Cihazın çalışması için herhangi bir harici bileşen gerekmediğinden, pasif pompalama tekniğini kullanarak bu açıklıklara pipetleme yapmak için tek ihtiyacınız olan bir mikro pipetleyicidir.

Bu cihazı kullanmak için standart bir elektrofizyoloji laboratuvarının bu alt substrat dışında edinmesi gereken başka bir ek ekipman yoktur. Projenin bu noktasına kadar, mikroakışkan kanalların standart perfüzyon odacıklarıyla kenetlenmesine odaklandık. Projenin bir sonraki aşaması ise, bu cihazı söz konusu dilim preparatlarını kullanarak gerçek hipotez odaklı araştırmalar üzerinde test etmektir.

Böylece, floresan boya kullanarak, kanallara bu floresan analoglarını enjekte ederek farklı bölgeleri mekansal olarak stimüle edebileceğimizi göstermiş olduk. Bir sonraki adım ise gerçek biyolojik deneyleri gerçekleştirmektir. Dolayısıyla mikroakışkanlar alanı bir geçiş noktasına gelmektedir.

Yenilikçi kavram kanıtlama gösterimlerinin ötesine geçiyor ve bu cihazları, önceden yapılması imkansız olan yeni ve heyecan verici şeyler keşfetmek için gerçekten kullanıyoruz. Dolayısıyla alan; hızlı difüzyon, laminar akış, geniş yüzey-hacim oranları ve proses entegrasyonu gibi mikro ölçekte mevcut olan prensiplerin kullanıldığı tekniklerden uzaklaşıyor. Artık bunları kullanacak ve laboratuvar ile klinik ortamındaki karşılanmamış ihtiyaçları çözmek için uygulayacağız.