میکرو الگو سازی (Micropatterning) چیست؟

میکروپترنینگ ایجاد سطوحی با طرح و الگوهای مشخص برای بررسی تأثیرات ریز محیط سلولی بر رفتار سلول ، بافت یا اندام است. میکروپترنینگ امکان کنترل بیشتر فاکتورهایی مانند محدودیت فضایی و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی را در یک بستر سه بعدی فراهم می کند. این نه تنها امکان مطالعه سلول های در معرض این شرایط را فراهم می کند بلکه گسترش روش های میکروسیالی را نیز ممکن می سازد. میکرو الگوها قبلاً به عنوان جایگزینی برای برخی از مدل های حیوانی داخل بدن توسعه یافته اند. آنها با سوق دادن سلولها به الگوی چسبندگی شکل ، بهتر از روشهای سنتی مانند پتری دیش می توانند شرایط یک بافت یا اندام خاص را ایجاد کنند.

چگونه می توان سلول ها را با میکروپترنینگ مهندسی کرد؟

ریز محیط ایجاد شده توسط میکروپترنینگ اجازه می دهد تا چندین پارامتر فیزیکی در سه بعد کنترل شوند. می توان حجم محفظه های خاص را تنظیم کرد تا علاوه بر جهت و سطح تماس با سلولهای مجاور ، و شکل محیط خارج سلول ، اندازه سلول ، شکل و توانایی تقسیم را نیز محدود کند. فاکتورهای ذکرشده هنگام مطالعه سیگنالینگ بین سلولها (داخل سلولی) مهم هستند.

ساختار سه بعدی چاههای میکروپترنینگ یکی از ویژگیهای بسیار مفید هنگام مطالعه رفتار سلول است ، زیرا سلولهایی که مجبور به رشد در یک لایه دو بعدی می شوند ممکن است به طور قابل توجهی متفاوت از رفتار در یک محیط طبیعی رفتار کنند. به عنوان مثال ، سلولهای سرطانی پستان غالباً جزایر غیر طبیعی سلولها را در سطح پتری دیش تشکیل می دهند.

موادی که از آن بستر میکروپترنینگ تهیه شده است نیز ممکن است در رفتار سلول نقش داشته باشد. چاه های با دیواره نرم سلول ها را مجبور می کنند تا از طریق بیان بیشتر اکتین اسکلت سلولی درون سلول ، درجه سختی بیشتری برای خود فراهم کنند.

کنترل رشد اسکلت سلولی با استفاده از ریز الگوها در طیف گسترده ای از اشکال ، از جمله کره ها ، مثلث ها و میله های کشیده و غیره امکان پذیر است.

در زیست شناسی سلولی ، می توان از ریز الگوها برای کنترل هندسه چسبندگی و استحکام بستر استفاده کرد. این ابزار به دانشمندان کمک کرد تا دریابند که چگونه محیط بر فرآیندهایی مانند جهت گیری محور تقسیم سلول ، موقعیت اندامک ، تمایز سلول برای بازآرایی اسکلت سلولی و جهت گیری سلول تأثیر می گذارد. ساخت ریزپترن های پیشرفته و انتخابی امکان آزمایش دقیق و نسبتاً سریع کنترل چسبندگی سلول ، مهاجرت سلول ، راهنمایی ، شکل گیری سه بعدی و ساخت میکرو تراشه های ریز ساختار را فراهم می کند. با استفاده از ابزارهای پیشرفته ، می توان الگوهای پروتئینی را به تعداد تقریباً نامحدود (اشکال و حجم های دوبعدی و سه بعدی) تولید کرد.

کنترل اسکلت سلولی برای زیست شناسان سلولی مفید است ، زیرا کمپلکس های پروتئینی خارج سلولی در سطح خارجی غشای سلول تمایل دارند که ترجیحاً در مکان های دور مانند گوشه های سلول مثلثی شکل بگیرند ، که به عنوان چسبندگی کانونی شناخته می شوند. این باعث می شود که سطح صاف غشای سلولی با چنین برآمدگی هایی کمتر پر شود ، و بنابراین مطالعه گیرنده های خاص یا عوامل نفوذی غشا را ساده تر می کند.

ایجاد سلول های شکل دار همچنین اجازه می دهد رفتارهای سلولی مانند مهاجرت و تقسیم سلولی مورد مطالعه قرار گیرد. به عنوان مثال ، ریز الگوهایی که به شکل قطره اشک هستند باعث می شود سلول ها شبکه اکتین متراکم تری را به سمت خمیده تشکیل دهند و به دلیل اثرات قطبی تمایل به مهاجرت در آن جهت را دارند. توصیف تأثیر شکل سلول بر مهاجرت و تقسیم در هنگام مطالعه سلولهای سرطانی بسیار مهم است.

استفاده های کاربردی ریز الگو در زیست شناسی چیست؟

میکروپترن اجازه می دهد تا معیار سنجش های کوچک و دردسترسی ایجاد شود که بسیار قابل حمل و راحت هستند. بنابراین این سیستم ها به عنوان “آزمایشگاه روی تراشه” شناخته می شوند. تجزیه و تحلیل های متعدد ممکن است در یک تراشه آزمایش شده و با روش های مختلفی از جمله رنگ آمیزی فلورسنت ، در تکنبک Real time شناسایی شوند. فقط حجم بسیار کمی از نمونه مورد نیاز است و می توان در هر نقطه از تراشه برای استفاده مجدد برای انجام آزمایش استفاده کرد.

مواد ریز الگو چگونه ساخته می شوند؟

متداول ترین روش های ایجاد الگوهای ریز روی مواد ، انواع لیتوگرافی است که چندین مورد از آنها وجود دارد. به طور کلی ، لیتوگرافی با پوشاندن بستر مواد جامد با ماده ای که به راحتی با استفاده از مواد شیمیایی یا فیزیکی قابل جدا شدن است ، به شکل الگوی مورد نظر انجام می شود. سپس بستر ابتدا در معرض یک فرآیند شیمیایی یا فیزیکی مانند اچ اسید ، اشعه ماورا بنفش یا پرتو الکترونی قرار می گیرد که در مقابل پوشش مقاومت می کند و در ادامه در معرض یک عملیات شیمیایی یا فیزیکی برای از بین بردن پوشش قرار می گیرد. این باعث می شود الگوی مورد نظر روی بستر نقش بسته باشد.

میکرو الگوها را می توان در طیف وسیعی از بسترها ، از شیشه تا پلی اکریل آمید و پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) ساخت. به ویژه پلی آکریل آمید و PDMS به کار می آیند زیرا به دانشمندان اجازه می دهد خاصیت سختی بستر را تنظیم کنند و به محققان اجازه می دهد تا نیروهای سلولی را اندازه گیری کنند (میکروسکوپ نیروی کشش).