Engineering Perfused Capillary Network in a Microfluidic Device

Abstract

Until now, many diseases like cancer or chronic inflammation are regarded as incurable diseases. One major reason of difficulties for curing these diseases is lack of understanding in physiological and pathological characteristics of endothelial cells. In this study, a microfluidic platform that can mimic the blood vessel in vitro is presented. By using the surface contact angle characteristic of fluid, cell and gel mixture can be patterned in the microfluidic device. By patterning HUVEC (Human Umbilical Vein Endothelial Cell)-fibrin mixture in the middle and NHLF (Normal Human Lung Fibroblast)-fibrin mixture at both side of the HUVEC channel, a three dimensional blood vessel can be made. Furthermore, perfused endothelial vessel can be made, which allows introducing other type of cells or various chemicals into the vessel lumen and observing the interaction or response of them. In order to make perfused vessels, various dimensions of device and conditions of experimental setting are optimized. In order to prove that the vessels are perfused, microbeads are introduced into the vessel and live-imaged. Immunostaining was done to the vessels to certify that the fully formed vessel has basic characteristics of the blood vessel in vivo.

현대의학은 많은 발전을 거듭해왔으나 아직까지도 암이나 만성적 염증과 같은 질병은 난치병으로 분류되고 있다. 이와 같은 난치병들의 생물학적 기작에는 체내의 혈관이 관여하기 때문에, 이들의 치료법은 혈관 내피 세포의 생리학적, 병리학적 특성에 대한 올바른 이해를 통해 찾을 수 있다. 따라서, 이 연구에서는 체외에서 혈관을 모사할 수 있는 미세유체 플랫폼을 제시한다. 액체의 표면 접촉각도의 특성을 통하여 다른 성질의 액체들이 같은 미세유체 플랫폼에 패터닝이 가능하다는 성질을 이용하여 세포와 세포외기질의 혼합액을 이 미세유체 플랫폼에 패터닝 시켰다. HUVEC (Human Umbilical Vein Endothelial Cell)과 fibrin의 혼합액을 중간에, NHLF (Normal Human Lung Fibroblast)와 fibrin의 혼합액을 양쪽 옆 채널에 패터닝을 함으로써, 삼차원적인 혈관구조를 만들 수 있다. 더욱이, 이 혈관구조는 관류 가능하게 만들어져 그 안에 다른 종류의 세포 또는 여러 가지 화학적 물질의 주입하여 서로의 상호작용 또는 반응을 이미징 하는 것을 가능케 한다. 관류 가능한 혈관구조를 만들기 위하여 많은 종류의 플랫폼 구조와 실험 조건이 최적화 되었다. 플랫폼 안에 만들어진 혈관구조가 관류 가능한 구조로 만들어졌다는 것을 확인하기 위하여 미세 구슬을 혈관내부로 주입한 후 이미징하였다. 플랫폼 내부에 만들어진 혈관구조가 체내에 있는 혈관이 가지는 중요한 구조 및 특성을 가지고 있음을 확인하기 위하여 immunostaining을 하여 형광현미경으로 이미징하였다.