PRIMO 定制化細胞微環境制備系統
創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
產品概況
如何制備出具有可控性和重復性的微環境，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之一。
法國Alvéole的PRIMO是創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性的生物工程手段實現體外微環境的定制，同時可對其機械力學和生化特性進行設計微調，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基質上，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境制備系統在全球用戶110+。
產品原理
法國Alvéole的PRIMO工作原理（三種設計方法）：
1、第一種設計：基質的表面功能化，即Micropatterning。
先在基質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上，在PLPP光敏引發劑幫助下，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。
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境構建。
產品特點
1、步驟簡單：四步可完成：計算機圖案設計、用UV光蝕刻構建基質結構、種蛋白進行基質功能化、將細胞接種到定制好的微環境中。
2、高靈活性：可按照任意圖案去構建基質和/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、照射時間和照射區域對基質進行蝕刻、切割和固化。可以實時觀看蝕刻過程，及時調整和優化實驗條件。
4、適用于多種基質：用戶可以使用任意一個常規的細胞基質：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（根據實驗需求），可從用戶日常使用的10多種蛋白質中選取。
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。
產品應用
適用于所有研究細胞與微環境作用的領域。如：
1、2D細胞微環境建構，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、電鏡的標準化細胞觀察等。
2、3D細胞微環境建構，研究如細胞球培養、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建具有3D支撐作用的基質結構，再加上類器官發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成更接近于體內形態的腫瘤球，進行抗腫瘤藥理實驗。
3、 PRIMO還可以通過構建類器官芯片，創造3D微結構，進行多種細胞的共培養，在體外模擬多個細胞相互作用的體內運行。
應用展示
1、研究細胞間作用力
下圖：研究基質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）軟基質上進行Micropatterning設計，粘附明膠模擬ECM蛋白，再種上ASM細胞創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，這種限制作用可調節三維的細胞形態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基質上的遷移特性。
PRIMO作用：用Micropatterning方法在ICAM-1基質上創造出不同濃度的整聯蛋白的條帶，改變ICAM-1基質的粘附性，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：細胞在傳統電鏡網格中的定位，可見用傳統方法大多數細胞都粘附在網格的框架上，只有少數細胞有較好的定位（紅圈/箭頭表示）。右圖：細胞在PRIMO處理過的網格中的定位，可見在PRIMO處理過的網格中，所有細胞都定位在網眼的正中央（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、優化的細胞伸展、標準化微圖案設計、電鏡網格表面無損傷、高產低耗。
6、非粘附性基質的細胞球標準化培養
下圖：上圖：光聚合的PEG水凝膠（4-arm-PEG-acryl hydrogel）槽內的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、由多種蛋白調控的3D組織類器官模型。
7、粘附性基質的細胞培養
下圖：PEG水凝膠通過聚合形成特定形狀，然后用交聯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，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，或改造惰性水凝膠成為粘附性基質，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、由多種蛋白調控的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，以重現造血干細胞的微生態環境：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”，創造共培養微環境，在體外模擬多個細胞相互作用的體內運行。
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