PRIMO 定制化細胞微環(huán)境制備系統(tǒng)
創(chuàng)新性的微米級別的定制細胞模型的工具
用非接觸、無掩膜的光學蝕刻方法制備細胞模型
具有高度的靈活性、可控性和可重復性
適合生物力學、類器官、微流體芯片等應用
詳情
產(chǎn)品概況
如何制備出具有可控性和重復性的微環(huán)境，以便更有效的研究活細胞和疾病模型，一直是生物學家進行體外細胞研究所面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。
法國Alvéole的PRIMO是創(chuàng)新性定制細胞模型的工具，能在微米級別的尺度下，用非接觸、無掩膜的光學蝕刻方法制備細胞模型、以具有超高靈活度和再現(xiàn)性的生物工程手段實現(xiàn)體外微環(huán)境的定制，同時可對其機械力學和生化特性進行設計微調(diào)，具有高度的靈活性、可控性和可重復性。選擇電腦中任意一張圖案，PRIMO都能將它投射到細胞培養(yǎng)基質(zhì)上，利用非接觸式、無掩模的光刻技術，在軟件和光敏試劑的幫助下獲得任意圖案的2D蛋白涂層或3D水凝膠或微流控結構。
目前PRIMO 定制化生物建模及微環(huán)境制備系統(tǒng)在全球用戶110+。
產(chǎn)品原理
法國Alvéole的PRIMO工作原理（三種設計方法）：
1、第一種設計：基質(zhì)的表面功能化，即Micropatterning。
先在基質(zhì)上包裹一層防污涂層（antifouling layer），一般是高分子聚合物如PEG，阻礙蛋白質(zhì)粘附。選擇電腦中任意一張圖案，在LEONARDO軟件作用下，PRIMO都能利用非接觸式、無掩模的光刻技術，用UV光通過顯微鏡將它投射到細胞基質(zhì)上，在PLPP光敏引發(fā)劑幫助下，防污涂層被降解，蝕刻出微圖案，蛋白可粘附在蝕刻出的微圖案上，細胞粘附在蛋白上，可適應于基質(zhì)上定制的生物化學、表面形貌和硬度等特征，形成定制的細胞模型。適用于細胞微環(huán)境研究。
2、第二種設計：水凝膠的結構化，即Structuration of Hydrogel。
在氧氣不足的條件下，UV光照射，可使水凝膠固化；水凝膠固化的高度隨UV照射強度增加而增加。我們結合UV-圖像照射和氣體可滲透的微反應器，可獲得4種水凝膠的工程方法：完全多聚化（total polymerization）、Z軸控制的多聚化（z-controlled polymerization）、光剪切（photo-scission）和修飾（decoration）。單獨應用或結合應用就可以解決水凝膠工程化問題。適用于3D細胞培養(yǎng)。
3、第三種設計：微制造，即Microfabrication。
用UV光固化感光樹脂/光刻膠（photoresist），再用PDMS（聚二甲硅氧烷）在固化的感光樹脂/光刻膠上倒模，形成帶有微結構的PDMS芯片。適用于制造微流控芯片。
4、復雜的表面功能化或其他
可以結合以上幾種方法進行復雜的細胞微環(huán)境構建。
產(chǎn)品特點
1、步驟簡單：四步可完成：計算機圖案設計、用UV光蝕刻構建基質(zhì)結構、種蛋白進行基質(zhì)功能化、將細胞接種到定制好的微環(huán)境中。
2、高靈活性：可按照任意圖案去構建基質(zhì)和/或使其功能化，不限圖案的大小和復雜程度，只需軟件操作即可靈活改變圖案，從而生成不同的細胞模型。
3、非接觸式、無掩模UV投射：可靈活控制UV的照射強度、照射時間和照射區(qū)域對基質(zhì)進行蝕刻、切割和固化。可以實時觀看蝕刻過程，及時調(diào)整和優(yōu)化實驗條件。
4、適用于多種基質(zhì)：用戶可以使用任意一個常規(guī)的細胞基質(zhì)：可以是扁平的，也可以是帶有微結構的，可以是堅硬的也可以是柔軟的，如：玻璃蓋玻片、塑料培養(yǎng)皿、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚苯乙烯、水凝膠（PEG丙烯酸酯、聚丙烯酰胺凝膠、瓊脂、基質(zhì)膠）、光刻膠，等。
5、適合多種蛋白：PRIMO的客戶日常使用超過10種的各類蛋白：Fibrinogen-488, Fibrinogen-647, Fibronectin, GFP, Neutravidin-488, Neutravidin-647, PLL-PEG-Biotin, Protein A-647, Streptavidin, 初級和次級抗體，等。
6、蝕刻高分辨率：全視野分辨率為1.2μm（ 500×300μm ，20倍物鏡）。
7、多層次：可蝕刻256個灰階層次，粘附不同密度層次的蛋白。
8、多種蛋白：可應用3種不同蛋白（根據(jù)實驗需求），可從用戶日常使用的10多種蛋白質(zhì)中選取。
9、自動對齊：自動進行檢測和圖案定位，如自動對齊于微結構或者微圖案上。
10、蝕刻速度快：完成整個視野中的圖案（500×300μm，20倍物鏡），僅需0.5s。
產(chǎn)品應用
適用于所有研究細胞與微環(huán)境作用的領域。如：
1、2D細胞微環(huán)境建構，研究如細胞遷移/趨觸性、細胞黏附、細胞力學、細胞標準化培養(yǎng)、電鏡的標準化細胞觀察等。
2、3D細胞微環(huán)境建構，研究如細胞球培養(yǎng)、類器官、組織工程等。
3、微流體芯片制作，研究如類器官芯片、細胞流體力學研究、小分子擴散研究等。
類器官應用：
1、 PRIMO可以通過水凝膠結構化創(chuàng)建具有3D支撐作用的基質(zhì)結構，再加上類器官發(fā)育所必需的各種細胞生長因子，將多能誘導干細胞或胚胎干細胞培養(yǎng)形成具有三維立體結構的各種類器官進行功能性研究。
2、 PRIMO可以將來自于患者的原代腫瘤細胞培養(yǎng)成更接近于體內(nèi)形態(tài)的腫瘤球，進行抗腫瘤藥理實驗。
3、 PRIMO還可以通過構建類器官芯片，創(chuàng)造3D微結構，進行多種細胞的共培養(yǎng)，在體外模擬多個細胞相互作用的體內(nèi)運行。
應用展示
1、研究細胞間作用力
下圖：研究基質(zhì)的剛性如何影響平滑肌（ASM）細胞間的力的傳導模式，用PRIMO設計了一個長方形結構，將兩個ASM細胞組合在一起。
PRIMO作用：在聚二甲基硅氧烷（PDMS）軟基質(zhì)上進行Micropatterning設計，粘附明膠模擬ECM蛋白，再種上ASM細胞創(chuàng)建兩個平滑肌細胞的作用力模型，通過牽引力顯微鏡研究基質(zhì)的剛性如何影響平滑肌細胞間的力的傳導模式。這個實驗的特別之處在于，不只是描述了作用力的變化，也驗證到了細胞生物學上一些蛋白的表達量，它把這兩者關聯(lián)了起來。
2、研究心肌細胞收縮
下圖：左列圖：心肌細胞在玻璃培養(yǎng)皿上的收縮；中列圖：沿著小箭頭方向收縮；右列圖：收縮力的顯示
PRIMO作用：將細胞組成不同的圖像：四方形、長條形，等。組成圖像的心肌細胞的力學輸出增加，微圖像促進了協(xié)作的心肌細胞的收縮。
3、研究細胞遷移
下圖：對細胞的約束力變化模擬前端細胞/后端細胞的遷移，研究細胞形態(tài)和遷移速度如何受到細胞側向限制的影響。
PRIMO作用：用微通道對細胞進行側向限制，對細胞施加不同的限制力，這種限制作用可調(diào)節(jié)三維的細胞形態(tài)并影響細胞遷移速度。用來模擬上皮組織中 follower cell 受到的空間限制作用，PRIMO可創(chuàng)建微通道并加速設計過程。
4、研究細胞的趨觸性
下圖：研究不同粘度的基質(zhì)誘導T細胞的趨觸性：在不同的粘附條件下，T細胞在ICAM-1基質(zhì)上的運動軌跡。
下圖：在不同的粘附條件下，T細胞在ICAM-1基質(zhì)上的遷移特性。
PRIMO作用：用Micropatterning方法在ICAM-1基質(zhì)上創(chuàng)造出不同濃度的整聯(lián)蛋白的條帶，改變ICAM-1基質(zhì)的粘附性，觀察細胞在條帶上的遷移（趨觸性）。
5、制備冷凍電鏡標準化細胞樣本
下圖：左圖：細胞在傳統(tǒng)電鏡網(wǎng)格中的定位，可見用傳統(tǒng)方法大多數(shù)細胞都粘附在網(wǎng)格的框架上，只有少數(shù)細胞有較好的定位（紅圈/箭頭表示）。右圖：細胞在PRIMO處理過的網(wǎng)格中的定位，可見在PRIMO處理過的網(wǎng)格中，所有細胞都定位在網(wǎng)眼的正中央（紅色方框）。
PRIMO作用：為冷凍電鏡提供更好的細胞樣本：精準的自動化細胞定位、優(yōu)化的細胞伸展、標準化微圖案設計、電鏡網(wǎng)格表面無損傷、高產(chǎn)低耗。
6、非粘附性基質(zhì)的細胞球標準化培養(yǎng)
下圖：上圖：光聚合的PEG水凝膠（4-arm-PEG-acryl hydrogel）槽內(nèi)的HEK細胞球。
下左圖，下中圖：共聚焦熒光顯微圖像，PEG水凝膠槽內(nèi)的小球體和雙球體。
PRIMO作用：細胞球是細胞的聚集，可以作為生理模型或復雜類器官的起始模型。非粘附性水凝膠基質(zhì)固化形成微孔，細胞種植其中形成細胞球，可形成多種細胞共培養(yǎng)、由多種蛋白調(diào)控的3D組織類器官模型。
7、粘附性基質(zhì)的細胞培養(yǎng)
下圖：PEG水凝膠通過聚合形成特定形狀，然后用交聯(lián)分子的方法進行裝飾，允許COS-7細胞在這些結構中生長，以模擬毛細血管（上圖）和小腸絨毛（下圖）。中列：Z軸顏色編碼的共聚焦熒光顯微鏡圖像，顯示COS-7細胞種植在凝膠上，肌動蛋白染色。右列：Z軸用3色最大化投影顯示的共聚焦熒光顯微圖像，顯示纖連蛋白（紅色），肌動蛋白細胞骨架（綠色）和核膜（藍色）。
PRIMO作用：混合其他水凝膠，形成粘附性基質(zhì)，通過光固化和光剪切，使UV敏感的水凝膠形成特定形狀，表面進行功能化，再種植細胞。
8、修飾水凝膠結構
下圖：修飾水凝膠結構的原理示意圖
下圖：藍色為水凝膠，紅色為黏附的纖維連接蛋白（fibronectin）。中間和右側為共聚焦圖像。
PRIMO的作用：混合惰性水凝膠和其他水凝膠，形成粘附性基質(zhì)，或改造惰性水凝膠成為粘附性基質(zhì)，再通過光固化和光剪切，使UV敏感的水凝膠形成特定形狀，表面進行功能化，再種植細胞，可創(chuàng)造不同的細胞模型，可形成以水凝膠為骨架，多種細胞共培養(yǎng)、由多種蛋白調(diào)控的3D組織類器官模型。
9、用微制造設計“類器官芯片”（微流控芯片）
下圖：用微制造（Microfabrication）設計“類器官芯片”（微流控芯片），研究者將不同類型的細胞注射到芯片的不同的腔室/管道里，以重現(xiàn)造血干細胞的微生態(tài)環(huán)境：頂部腔室里的成骨細胞模擬骨骼成分，底部腔室里的HUVEC細胞模擬血管成分，造血干細胞被注射進入中間的通道。
PRIMO作用：設計“類器官芯片”，創(chuàng)造共培養(yǎng)微環(huán)境，在體外模擬多個細胞相互作用的體內(nèi)運行。
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PRIMO 整體介紹視頻
