IT202100025460A1 - LAB-ON-CHIP DEVICE TO STUDY CELLULAR MIGRATION IN THREE-DIMENSIONAL SYSTEMS AND RELATED METHOD OF USE - Google Patents

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IT202100025460A1
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IT
Italy
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IT102021000025460A
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Italian (it)
Inventor
Sonia MELINO
Eugenio Martinelli
Dror Seliktar
Silvia BUONVINO
GIUSEPPE Davide DI
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Univ Degli Studi Di Roma “Tor Vergata”
Technion Res & Development Found Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/46Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of cellular or enzymatic activity or functionality, e.g. cell viability
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502761Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules

Description

Descrizione dell?invenzione industriale dal titolo: DISPOSITIVO LAB-ON-CHIP PER STUDIARE LA MIGRAZIONE CELLULARE IN SISTEMI TRIDIMENSIONALI E RELATIVO METODO DI UTILIZZO; Description of the industrial invention entitled: LAB-ON-CHIP DEVICE TO STUDY CELLULAR MIGRATION IN THREE-DIMENSIONAL SYSTEMS AND RELATED METHOD OF USE;

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Campo di applicazione Field of application

Nel suo aspetto pi? generale, la presente invenzione riguarda la tecnologia dei chip microfluidici, o Lab-on-Chip, per lo studio dei processi di biologia cellulare in sistemi tridimensionali (3D), quali la migrazione cellulare, con applicazione in ambito biomedico e diagnostico. Nel seguito, tale dispositivo verr? anche indicato come 3D cell-migration chip (3D-CM chip). In its most beautiful aspect In general, the present invention concerns microfluidic chip technology, or Lab-on-Chip, for the study of cell biology processes in three-dimensional (3D) systems, such as cell migration, with application in the biomedical and diagnostic fields. In the following, this device will be also referred to as 3D cell-migration chip (3D-CM chip).

Tecnica nota Known technique

La migrazione cellulare gioca un ruolo cruciale in diversi processi biologici, compresi l'embriogenesi, la guarigione di una ferita in un tessuto biologico, o cicatrizzazione, la differenziazione cellulare, lo sviluppo dei tessuti, l'angiogenesi e la metastasi, solo per menzionarne alcuni. Le cellule sono stimolate a migrare in risposta a fattori solubili, chemoattrattori o chemorepulsori, molecole proinfiammatorie rilasciate in molti stati fisiologici e patologici; l'attivit? di ricerca sul processo della migrazione cellulare ? fondamentale per far luce sui meccanismi molecolari alla base di molte condizioni e individuare gli elementi chiave su cui indirizzare un'azione terapeutica e/o diagnostica. Cell migration plays a crucial role in several biological processes, including embryogenesis, wound healing in a biological tissue, or cicatrization, cell differentiation, tissue development, angiogenesis, and metastasis, just to mention a few . Cells are stimulated to migrate in response to soluble factors, chemoattractants or chemorepulsors, proinflammatory molecules released in many physiological and pathological states; the activity? of research on the process of cell migration? fundamental for shedding light on the molecular mechanisms underlying many conditions and identifying the key elements on which to direct therapeutic and/or diagnostic action.

In generale, la migrazione cellulare ? stimolata e diretta dall'interazione delle cellule con la matrice extracellulare (ECM), cellule vicine o agenti chemiotattici. Il processo della migrazione cellulare richiede l'integrazione e la coordinazione di eventi di segnalazione e cambiamenti nell'architettura cellulare. ? un processo ciclico in cui una cellula estende le sue sporgenze nella sua parte anteriore, la struttura viene stabilizzata dalla formazione di complessi adesivi e quindi si ritrae all'estremit? posteriore, consentendo alla cellula di avanzare sul suo substrato. L'adesivit? cellula-substrato gioca un ruolo fondamentale nel determinare la velocit? di migrazione. La migrazione delle cellule negli organismi superiori ? mediata da queste aderenze, che trasmettono forze e segnali necessari per la motilit? cellulare. Se le cellule migrano su un certo substrato la loro rispettiva velocit? dipende da diverse variabili relative all'integrit? e alle interazioni che comprendono la densit? della superficie del ligando, i livelli di integrina e l'affinit? di legame. Pertanto, anche tecniche che permettono la quantificazione e la visualizzazione degli elementi coinvolti in questo complesso pattern sono fondamentali per chiarire gli elementi chiave della migrazione cellulare e dei tanti processi cellulari in cui ? coinvolta. In general, cell migration is stimulated and directed by the interaction of cells with the extracellular matrix (ECM), neighboring cells or chemoattractants. The process of cell migration requires the integration and coordination of signaling events and changes in cellular architecture. ? a cyclic process in which a cell extends its protrusions at its front, the structure is stabilized by the formation of adhesive complexes, and then retracts at the end posterior, allowing the cell to advance on its substrate. The adhesiveness? cell-substrate plays a fundamental role in determining the speed? of migration. Cell migration in higher organisms? mediated by these adhesions, which transmit forces and signals necessary for motility? mobile phone. If the cells migrate on a certain substrate, their respective speed? depends on several variables related to integrity? and to the interactions that include the density? of the ligand surface, integrin levels and affinity? of bond. Therefore, techniques that allow the quantification and visualization of the elements involved in this complex pattern are also fundamental to clarify the key elements of cell migration and the many cellular processes in which ? involved.

I saggi di migrazione cellulare convenzionali generalmente richiedono grandi quantit? di cellule e volumi importanti di reagenti, e questo li rende non idonei per uno screening ad alto rendimento. Per ovviare a questo problema sono stati sviluppati saggi di migrazione cellulare su chip che utilizzano canali microfluidici. Conventional cell migration assays generally require large amounts of of cells and large volumes of reagents, and this makes them unsuitable for high-throughput screening. To overcome this problem, on-chip cell migration assays using microfluidic channels have been developed.

La microfluidica ? la scienza del controllo e della manipolazione ad alta precisione di fluidi che vengono geometricamente costretti in reti di canali di piccole dimensioni, normalmente di spessore compreso tra 100 ?m e 1 ?m di diametro. Microfluidics? the science of high-precision control and manipulation of fluids that are geometrically forced into networks of small channels, normally between 100 ?m thick and 1 ?m in diameter.

La struttura costituita dalle parti che guidano il movimento dei fluidi attraverso il sistema di canali con un diametro di dimensioni comprese tra 100 ?m e 1 ?m ? normalmente chiamata "chip". The structure consists of the parts that guide the movement of fluids through the channel system with a diameter ranging in size from 100 ?m to 1 ?m ? normally called a "chip".

I microcanali presenti nel chip consentono la manipolazione di fluidi in quantit? fino a pochi picolitri e la manipolazione di reazioni biochimiche a volumi molto piccoli. Naturalmente, per consentire tutte queste operazioni, i dispositivi non sono solo una raccolta di microcanali, ma sono dotati anche di pompe integrate, elettrodi, valvole, sistemi di controllo del flusso, generatori di campi elettrici ed elettronica che regolano il movimento dei fluidi, talvolta creano anche gradienti di sostanze. In questo modo in un dispositivo miniaturizzato ? possibile creare le condizioni ambientali cellulari integrando in un singolo chip una o pi? analisi, che solitamente vengono eseguite in laboratorio e diventano dei sistemi di studio ed analisi completi "lab-on-a-chip". The microchannels present in the chip allow the manipulation of fluids in large quantities. down to a few picoliters and the manipulation of biochemical reactions at very small volumes. Of course, to enable all these operations, the devices are not only a collection of microchannels, but are also equipped with integrated pumps, electrodes, valves, flow control systems, electric field generators and electronics that regulate the movement of fluids, sometimes they also create gradients of substances. This way in a miniaturized device ? It is possible to create cellular environmental conditions by integrating into a single chip one or more analyses, which are usually performed in the laboratory and become complete "lab-on-a-chip" study and analysis systems.

Il razionale del lab-on-a-chip ? integrare su un unico chip migliaia di operazioni biochimiche che potrebbero essere eseguite dividendo una singola goccia di sangue prelevata dal paziente per ottenere una diagnosi precisa di potenziali malattie o sottoponendo un campione di cellule a varie analisi con varie sostanze o in varie condizioni anche in contemporanea mostrando anche le relative interazioni. The rationale for lab-on-a-chip? integrate on a single chip thousands of biochemical operations that could be performed by dividing a single drop of blood taken from the patient to obtain a precise diagnosis of potential diseases or by subjecting a sample of cells to various analyzes with various substances or in various conditions even at the same time showing also the related interactions.

Grazie all'approccio microfluidico ? stato possibile esporre colonie di cellule staminali pluripotenti umane (hPSC) a gradienti di morfogeni controllati spaziotemporalmente generati da centri di segnalazione artificiale che possono controllare estrinsecamente la capacit? endogena delle cellule staminali di auto-organizzazione. Un esempio applicativo di tale approccio ha dimostrato che in risposta a una fonte localizzata di proteina morfogenetica ossea 4 (BMP4), le colonie hPSC rompono in modo riproducibile la loro simmetria radiale intrinseca per produrre domini di differenziazione distinti e disposti assialmente. L'analisi Lab-on-chip ha mostrato inoltre che l'azione antagonista della proteina NOGGIN migliora questo controllo spaziale del modello del destino cellulare e la concentrazione di morfogeno e la densit? cellulare influenzano la risposta BMP e il patterning dello strato germinale [Manfrin A., et al. Engineered signaling centers for the spatially controlled patterning of human pluripotent stem cells. Nature Methods 2019, 16: 640?648]. Thanks to the microfluidic approach? Was it possible to expose colonies of human pluripotent stem cells (hPSCs) to spatiotemporally controlled gradients of morphogens generated by artificial signaling centers that can extrinsically control capacity? endogenous stem cell self-organization. An application example of such an approach demonstrated that in response to a localized source of bone morphogenetic protein 4 (BMP4), hPSC colonies reproducibly break their intrinsic radial symmetry to produce distinct, axially arranged differentiation domains. Lab-on-chip analysis further showed that the antagonistic action of the NOGGIN protein improves this spatial control of cell fate patterning and morphogen concentration and cell density. cell influence the BMP response and germ layer patterning [Manfrin A., et al. Engineered signaling centers for the spatially controlled patterning of human pluripotent stem cells. Nature Methods 2019, 16: 640?648].

Nie F. Q. et al. descrive un saggio condotto in un dispositivo di migrazione cellulare su chip dotato di un canale microfluidico, costituito da una camera centrale con tre ingressi. Dopo che le cellule sono state coltivate nella camera centrale, una soluzione di tripsina ? fatta fluire attraverso due ingressi, il passaggio della soluzione causa la rimozione delle cellule da una porzione del canale creando una discontinuit? nello strato di cellule che mima il bordo di una ferita, si attiva cos? la risposta della cicatrizzazione che implica la migrazione delle cellule verso l'area vuota. Il metodo tuttavia riguarda un?analisi della migrazione bidimensionale e non permette di analizzare chimicamente la superficie del substrato [Nie, F. Q.,et al. On-chip cell migration assay using microfluidic channels. Biomaterials. 2007; 28:4017-22]. Nie F. Q. et al. describes an assay conducted in an on-chip cell migration device equipped with a microfluidic channel, consisting of a central chamber with three inlets. After the cells have been cultured in the central chamber, a solution of trypsin ? made to flow through two inlets, the passage of the solution causes the removal of cells from a portion of the channel creating a discontinuity? in the layer of cells that mimics the edge of a wound, it is thus activated? the healing response which involves the migration of cells towards the empty area. However, the method concerns a two-dimensional migration analysis and does not allow chemical analysis of the substrate surface [Nie, F. Q., et al. On-chip cell migration assay using microfluidic channels. Biomaterials. 2007; 28:4017-22].

La domanda di brevetto internazionale WO 2009/126524 descrive un sistema per l'analisi ad alto rendimento comprendente uno o pi? dispositivi microfluidifici, ciascuno comprendente un materiale otticamente trasparente; un substrato accoppiato al materiale otticamente trasparente; e uno scaffold avente dimensioni di almeno 1 ?m nello spazio tridimensionale ? interposto tra due percorsi di flusso di fluido che non si intersecano; lo scaffold comprende polimeri biocompatibili solidi o semisolidi che consentono il passaggio di una o pi? entit? biologiche. Il metodo che utilizza tale dispositivo per studiare la migrazione cellulare comprende: (a) fornire un dispositivo del tipo descritto, (b) introdurre una quantit? definita di cellule nel primo percorso di flusso di fluido; (c) introdurre un'entit? biologica, ad esempio un agente chemo-attrattore, nel secondo percorso del flusso di fluido; e (d) misurare la migrazione diretta della cellula nell'impalcatura; International patent application WO 2009/126524 describes a system for high-throughput analysis comprising one or more? microfluidic devices, each comprising an optically transparent material; a substrate coupled to the optically transparent material; and a scaffold having dimensions of at least 1 ?m in three-dimensional space ? interposed between two non-intersecting fluid flow paths; the scaffold comprises solid or semi-solid biocompatible polymers that allow the passage of one or more entity? biological. The method using such a device to study cell migration includes: (a) providing a device of the type described, (b) introducing a quantity? defined of cells in the first path of fluid flow; (c) introduce an entity? biological, for example a chemoattractant, in the second fluid flow path; and (d) measure the directed migration of the cell into the scaffold;

La domanda di brevetto internazionale WO 2012/050981 descrive dispositivi microfluidici che rappresentano un miglioramento rispetto ai dispositivi esistenti in quanto consentono una pi? semplice determinazione dell'immagine con dato quantitativo e non solo qualitativo del risultato, possono essere utilizzati come saggio biologico 3D. Il dispositivo ? un piccolo blocco costituito di materiale otticamente trasparente, quale vetro, plastica o da un materiale polimerico, quale ad esempio polidimetilsilossano, polimetimetacrilato, polistirene, copolimero di olefine ciclico, comprendente una serie di piccoli canali di fluido in cui uno o pi? canali possono essere riempiti con un gel biologicamente rilevante, tenuto in posizione mediante perni. Il gel in cui sono seminate e poste in coltura cellule endoteliali, ? sufficientemente spesso da consentire che le cellule crescano nello spazio tridimensionale del gel. Attraverso gli altri canali dei fluidi presenti nel sistema, ? possibile aggiungere farmaci o materiale biologico che possono interferire con la crescita e la motilit? cellulare 3D. Osservando la crescita e la migrazione delle cellule sulla superficie della struttura di gel 3D, il dispositivo consente di misurare i tassi di angiogenesi, nonch? l'intervascolarizzazione e l'extravascolarizzazione delle cellule cancerose. International patent application WO 2012/050981 describes microfluidic devices that represent an improvement over existing devices as they allow for more simple determination of the image with quantitative and not only qualitative data of the result, they can be used as a 3D biological assay. The device ? a small block made of optically transparent material, such as glass, plastic or a polymeric material, such as polydimethylsiloxane, polymethacrylate, polystyrene, cyclic olefin copolymer, comprising a series of small fluid channels in which one or more channels can be filled with a biologically relevant gel, held in place with pins. The gel in which endothelial cells are seeded and cultured is thick enough to allow cells to grow in the three-dimensional space of the gel. Through the other fluid channels present in the system, ? Is it possible to add drugs or biological material that can interfere with growth and motility? 3D cell phone. By observing the growth and migration of cells on the surface of the 3D gel structure, the device allows you to measure rates of angiogenesis, as well as the intervascularization and extravascularization of cancer cells.

Nonostante sia diffuso l'utilizzo di tali dispositivi con applicazione allo studio della migrazione cellulare, rimane ancora molto sentita la necessit? di dispositivi migliorati e relativi metodi di utilizzo che consentano una pi? approfondita e precisa analisi delle interazioni cellulari e delle reazioni all'impiego di possibili agenti terapeutici. Although the use of such devices with application to the study of cell migration is widespread, the need is still strongly felt. of improved devices and related methods of use that allow for greater in-depth and precise analysis of cellular interactions and reactions to the use of possible therapeutic agents.

I recenti avanzamenti tecnologici nella progettazione dei materiali e nella sintesi dei polimeri hanno permesso di sviluppare nuovi materiali e matrici con un?eterogeneit? spaziale all?interno di sistemi che possono incorporare cellule in coltura, aprendo la possibilit? di creare piattaforme di screening organotipiche con metodi di controllo sempre pi? precisi delle interazioni cellula-cellula e cellula-biomateriale [Friedrich, J., et al. Spheroid-based drug screen: considerations and practical approach. Nat Protoc. Recent technological advances in materials design and polymer synthesis have made it possible to develop new materials and matrices with a?heterogeneity? space within systems that can incorporate cultured cells, opening up the possibility of to create organotypic screening platforms with increasingly more control methods? precise details of cell-cell and cell-biomaterial interactions [Friedrich, J., et al. Spheroid-based drug screen: considerations and practical approach. Nat Protoc.

2009; 4:309-24.; Kloxin, A. M., et al. Photodegradable hydrogels for dynamic tuning of physical and chemical properties. Science. 2009; 324:59-63; Lutolf, M. P.et al. Synthetic biomaterials as instructive extracellular microenvironments for morphogenesis in tissue engineering. Nat Biotechnol. 2005; 23:47-55. Seliktar, D. Designing cell-compatible hydrogels for biomedical applications. Science. 2012; 336:1124-8]. Grazie a processi di gelificazione compatibili con la sopravvivenza cellulare, come ad esempio fotopolimerizzazione, ? possibile ad oggi creare scaffold che mimano la matrice extracellulare e l?ambiente fisiologico tridimensionale fornendo le condizioni ottimali per la realizzazione di sistemi di crescita 3D di cellule staminali e tumorali. 2009; 4:309-24.; Kloxin, A. M., et al. Photodegradable hydrogels for dynamic tuning of physical and chemical properties. Science. 2009; 324:59-63; Lutolf, M. P. et al. Synthetic biomaterials as instructive extracellular microenvironments for morphogenesis in tissue engineering. Nat Biotechnol. 2005; 23:47-55. Seliktar, D. Designing cell-compatible hydrogels for biomedical applications. Science. 2012; 336:1124-8]. Thanks to gelation processes compatible with cell survival, such as photopolymerization,? It is now possible to create scaffolds that mimic the extracellular matrix and the three-dimensional physiological environment, providing optimal conditions for the creation of 3D growth systems for stem and tumor cells.

Ivanir, E., et al. [A Gel?Based Model of Selective Cell Motility: Implications for Cell Sorting, Diagnostics, and Screening 2020, Advanced Functional Materials, 30, 18] descrive un sistema ?on plate? (su piastra) utilizzato per studiare la migrazione cellulare in sistemi tridimensionali a base di idrogel, in grado di mimare la matrice extracellulare (ECM). Si tratta di un sistema tridimensionale ?gel in gel?, a base di PEG-fibrinogeno (PFHy), contenente le cellule (sfera con cellule) incorporato in un gel esterno a differente composizione e propriet? (sorting gel). I microgel sono prodotti immobilizzando le cellule in una soluzione precursore di fibrinogeno PEGilato con formazione di legami crociati (cross-link) mediante una reazione di fotopolimerizzazione radicalica [L. Almany, D. Seliktar, Biomaterials 2005, 26: 2467-77]. Le sfere di gel sono immerse in una soluzione precursore del gel esterno e la polimerizzazione di quest?ultimo viene condotta all?interno di multiwell. La composizione chimica e la natura biologica dei due gel, cos? come il loro relativo posizionamento, forniscono un framework per creare intricati scenari spazio-temporali con cellule viventi in situ. Le cellule che si trovano nel gel interno in risposta agli stimoli esterni migrano e tendono ad invadere il gel esterno a differenti velocit? e con diversi meccanismi di motilit?. Attraverso la modulazione delle propriet? dell?idrogel esterno e le conseguenze sulla motilit? le cellule forniscono informazioni sulla risposta quantitativa a potenziali trattamenti terapeutici [Ivanir, E., et al. A Gel?Based Model of Selective Cell Motility: Implications for Cell Sorting, Diagnostics, and Screening 2020, Advanced Functional Materials, 30, 18]. Ivanir, E., et al. [A Gel?Based Model of Selective Cell Motility: Implications for Cell Sorting, Diagnostics, and Screening 2020, Advanced Functional Materials, 30, 18] describes an ?on plate? (on plate) used to study cell migration in three-dimensional hydrogel-based systems, capable of mimicking the extracellular matrix (ECM). It is a three-dimensional "gel in gel" system, based on PEG-fibrinogen (PFHy), containing the cells (sphere with cells) embedded in an external gel with different composition and properties. (sorting gel). Microgels are produced by immobilizing cells in a PEGylated fibrinogen precursor solution with cross-link formation via a radical photopolymerization reaction [L. Almany, D. Seliktar, Biomaterials 2005, 26: 2467-77]. The gel spheres are immersed in a precursor solution of the external gel and the polymerization of the latter is carried out inside the multiwell. The chemical composition and biological nature of the two gels, so? like their relative positioning, they provide a framework for creating intricate spatio-temporal scenarios with living cells in situ. The cells found in the internal gel migrate in response to external stimuli and tend to invade the external gel at different speeds. and with different motility mechanisms. Through the modulation of the properties? of the external hydrogel and the consequences on motility? cells provide quantitative response information to potential therapeutic treatments [Ivanir, E., et al. A Gel?Based Model of Selective Cell Motility: Implications for Cell Sorting, Diagnostics, and Screening 2020, Advanced Functional Materials, 30, 18].

Il sistema ?gel in gel?, pur dimostrando la validit? del saggio di migrazione, presenta alcune importanti limitazioni che non lo rendono di facile utilizzo da parte di personale poco esperto. In particolare, il sistema prevede la realizzazione di sfere di gel comprendenti cellule utilizzando siringhe da insulina, con la produzione di sfere di dimensioni di 20-50 ?L, variabili nell?ambito della stessa preparazione. Inoltre, il passaggio di cellule attraverso l?ago da siringa pu? comportare danni meccanici con conseguente morte cellulare, pertanto ? richiesta una densit? cellulare elevata nella preparazione della sfera interna. Le sfere sono realizzate su piastre la cui superficie era stata funzionalizzata con silice colloidale per renderla superidrofoba e successivamente trasferite nelle multiwell o dish. Questo passaggio comporta la difficolt? di trasferire le sfere integre senza danni o, in alcuni casi, la frammentazione delle sfere. Le sfere dopo incubazione di 24h in mezzo di coltura sono traferite in multiwell, dove viene prodotto il secondo gel mediante fotopolimerizzazione. Poich? tra le due fasi ? necessario lavare le sfere con tampone per eliminare il terreno, che ostacola il processo di fotopolimerizzazione, molto spesso si pu? avere rottura delle sfere con conseguente perdita del campione. The "gel in gel" system, while demonstrating its validity of the migration assay, has some important limitations that do not make it easy to use by inexperienced personnel. In particular, the system involves the creation of gel spheres including cells using insulin syringes, with the production of spheres with dimensions of 20-50 ?L, variable within the same preparation. Furthermore, the passage of cells through the syringe needle can lead to mechanical damage resulting in cell death, therefore? density required? elevated cell in the preparation of the internal sphere. The spheres are made on plates whose surface had been functionalized with colloidal silica to make it superhydrophobic and subsequently transferred into multiwells or dishes. This step involves the difficulty? to transfer intact spheres without damage or, in some cases, fragmentation of the spheres. After incubation for 24 hours in culture medium, the spheres are transferred to a multiwell, where the second gel is produced by photopolymerization. Since? between the two phases? It is necessary to wash the spheres with a swab to eliminate the soil, which hinders the photopolymerization process, very often it is possible? having the spheres break resulting in loss of the sample.

Sommario dell'invenzione Summary of the invention

La presente invenzione affronta le precedenti e altre esigenze della tecnica anteriore fornendo un dispositivo per agevolare lo svolgimento di un saggio cellulare in vitro che pu? essere utilizzato per studiare gli effetti della somministrazione di agenti biologici o terapeutici interferenti con il processo della migrazione cellulare. In particolare il dispositivo secondo l'invenzione ? un dispositivo microfluidico che permette la crescita e lo sviluppo cellulare in 3D. Tale dispositivo rappresenta un significativo miglioramento rispetto ai dispositivi attualmente disponibili. The present invention addresses the foregoing and other prior art needs by providing a device to facilitate the conduct of an in vitro cellular assay that can be used to study the effects of the administration of biological or therapeutic agents interfering with the process of cell migration. In particular, the device according to the invention? a microfluidic device that allows cell growth and development in 3D. This device represents a significant improvement over currently available devices.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione riguarda il metodo di utilizzo del dispositivo. A further aspect of the present invention concerns the method of use of the device.

Una migliore comprensione del trovato si avr? con la seguente descrizione dettagliata e con riferimento alle figure allegate che mostrano, a puro titolo esemplificativo e non gi? limitativo, una preferita forma di realizzazione. A better understanding of the invention will be had? with the following detailed description and with reference to the attached figures which show, purely by way of example and not already? limiting, a preferred embodiment.

Breve descrizione delle figure Brief description of the figures

Figura 1: mostra uno schema esemplificativo 3D di una preferita forma realizzativa del trovato; Figure 1: shows an exemplary 3D diagram of a preferred embodiment of the invention;

Figura 2: ? una vista in pianta dall?alto del trovato, in cui sono riportate anche delle misure a puro titolo di esempio; Figure 2: ? a top plan view of the invention, which also shows some measurements purely by way of example;

Figura 3: ? una ulteriore vista schematica 3D del trovato di fig. 1, relativa ai componenti principali; Figure 3: ? a further 3D schematic view of the invention in fig. 1, relating to the main components;

Figura 4: mostra un esploso, una vista 3D, una vista in pianta ed una laterale di un esempio costruttivo del trovato, realizzato mediante pi? strati sovrapposti tra loro, ma potrebbe anche essere realizzato mediante stampa 3D, o stampaggio termoplastico, o altra tecnica costruttiva; Figure 4: shows an exploded view, a 3D view, a plan view and a side view of a construction example of the invention, created using several layers superimposed on each other, but it could also be made by 3D printing, or thermoplastic molding, or other construction technique;

Figure 5 e 6: sono delle fotografie di un prototipo sperimentale, rispettivamente con e senza un liquido di coltura; Figures 5 and 6: are photographs of an experimental prototype, with and without a culture liquid respectively;

Figure 7 e 8: sono delle fotografie che mostrano dei particolari ingranditi del prototipo sperimentale di fig. 5-6; Figures 7 and 8: are photographs that show enlarged details of the experimental prototype in fig. 5-6;

Figura 9: immagine ottenuta mediante microscopio invertito in campo chiaro con ingrandimento 4X della microsfera di cellule MDA-MB 231 in idrogel di PEG-fibrinogeno rilevata mediante 3D-cell migration chip. A: T=0, B: T=3 giorni di incubazione, C: T=7 giorni di incubazione. Figure 9: image obtained by inverted bright field microscope with 4X magnification of the microsphere of MDA-MB 231 cells in PEG-fibrinogen hydrogel detected by 3D-cell migration chip. A: T=0, B: T=3 days of incubation, C: T=7 days of incubation.

Figura 10: immagine ottenuta mediante microscopio invertito in campo chiaro con ingrandimento 4X della microsfera di cellule Lin-Sca-1<+ >hcMSC in idrogel di PEG-fibrinogeno rilevata mediante 3D-cell migration chip. A: T=0, B: T=3 giorni di incubazione, C: T=5 giorni di incubazione. Figure 10: image obtained by inverted bright field microscope with 4X magnification of the microsphere of Lin-Sca-1<+ >hcMSC cells in PEG-fibrinogen hydrogel detected by 3D-cell migration chip. A: T=0, B: T=3 days of incubation, C: T=5 days of incubation.

Descrizione dettagliata dell'invenzione Scopo principale della presente invenzione ? fornire un dispositivo microfluidico che pu? essere facilmente utilizzato in un saggio biologico 3D, per studiare il processo della migrazione cellulare in vitro su scala miniaturizzata, e per lo screening di agenti biologici e/o farmaci che direttamente o indirettamente intervengono nella migrazione cellulare, nella guarigione di ferite, nella crescita tumorale e metastasi, ed in altri processi in cui ? coinvolta la migrazione cellulare. Detailed description of the invention Main purpose of the present invention? provide a microfluidic device that can? be easily used in a 3D bioassay, to study the process of cell migration in vitro on a miniaturized scale, and for the screening of biological agents and/or drugs that directly or indirectly intervene in cell migration, wound healing, tumor growth and metastasis, and in other processes in which? involved cell migration.

Il dispositivo rappresenta un miglioramento rispetto ai dispositivi attualmente disponibili e consiste sostanzialmente in un blocco di materiale polimerico con regioni, canali e/o camere per il flusso e/o il contenimento di fluidi e/o gel, tipicamente su scala miniaturizzata (ad esempio microlitro, nanolitro, picolitro). Al fine di facilitare la visualizzazione del contenuto, il dispositivo microfluidico ? tipicamente costituito da un substrato trasparente alla luce, o un materiale otticamente trasparente, quale ad esempio polimero, plastica e vetro. Esempi di polimeri biocompatibili, resistenti alla degradazione, e trasparenti alla luce e fasci laser adatti sono polidimetilsilossano (PDMS), poli (metilmetacrilato) (PMMA), polistirene (PS), polietilenglicole diacrilato (PEGDA). The device represents an improvement over currently available devices and essentially consists of a block of polymeric material with regions, channels and/or chambers for the flow and/or containment of fluids and/or gels, typically on a miniaturized scale (e.g. microliter , nanoliter, picoliter). In order to facilitate the visualization of the contents, the microfluidic device ? typically consisting of a substrate transparent to light, or an optically transparent material, such as polymer, plastic and glass. Examples of biocompatible, degradation-resistant, and light-transparent polymers and suitable laser beams are polydimethylsiloxane (PDMS), poly(methyl methacrylate) (PMMA), polystyrene (PS), polyethylene glycol diacrylate (PEGDA).

Il dispositivo oggetto del trovato pu? vantaggiosamente essere prodotto tramite stampa 3D ad estrusione, fotolitografia o casting. The device object of the invention can? advantageously be produced via extrusion 3D printing, photolithography or casting.

Nella preferita forma realizzativa dell?invenzione che si descrive, detto substrato ? costituito sostanzialmente da un blocchetto di materiale otticamente trasparente che comprende una o pi? regioni, ciascuna conformata come un pozzetto per il contenimento di un fluido, gel, idrogel o simili. Ciascun pozzetto P pu? avere forma variabile a seconda dell'utilizzo che se ne vuole fare, ad esempio pu? avere forma cilindrica con un'altezza h=4-6 mm; un diametro d=4-6 mm; ed un volume V=50-169 ?L. Nella preferita forma realizzativa che si descrive, l?altezza ? di 5 mm e il diametro ? di 5 mm con un volume interno di 98,2 ?L. In the preferred embodiment of the invention described, said substrate is substantially constituted by a block of optically transparent material which includes one or more regions, each shaped like a well for containing a fluid, gel, hydrogel or similar. Each well P can? have a variable shape depending on the use you want to make of it, for example it can? have a cylindrical shape with a height h=4-6 mm; a diameter d=4-6 mm; and a volume V=50-169 ?L. In the preferred embodiment described, the height is of 5 mm and the diameter? of 5 mm with an internal volume of 98.2 ?L.

Nell?esempio illustrato il dispositivo comprende tre pozzetti, ciascuno dei quali ? idoneo a contenere un fluido, gel, idrogel o simili, che costituiscono il sistema gel-in-gel, costituito da una matrice composita di biomateriali naturali, che crea una struttura che ha la capacit? di modulare lo sviluppo, l'organizzazione e la funzione finale di un sistema pluricellulare, un potenziale scaffold per la coltura delle cellule. Il sistema gel-in-gel pu? essere costituito da diversi tipi di polimeri sia termo- che foto-polimerizzabili, ad esempio agarosio, gelatina, fibrina, collagene, chitosano, e sistemi doppi gelatina e PEG-fibrinogeno. In una forma realizzativa particolarmente preferita dell'invenzione, il pozzetto contiene un sistema gel-in-gel, a base di PEG-fibrinogeno (PFHy). In the illustrated example the device includes three wells, each of which is suitable for containing a fluid, gel, hydrogel or similar, which constitute the gel-in-gel system, consisting of a composite matrix of natural biomaterials, which creates a structure that has the capacity to modulate the development, organization and final function of a multicellular system, a potential scaffold for cell culture. The gel-in-gel system can? be made up of different types of both thermo- and photo-polymerizable polymers, for example agarose, gelatin, fibrin, collagen, chitosan, and double gelatin and PEG-fibrinogen systems. In a particularly preferred embodiment of the invention, the well contains a gel-in-gel system, based on PEG-fibrinogen (PFHy).

Nello specifico, il sistema gel-in gel contenuto nel dispositivo secondo l'invenzione ? costituito sostanzialmente da una microsfera di gel di 1-10 ?L contenente le cellule ad una specifica densit? (>2000-cellule/?L) che viene deposta alla base del pozzetto utilizzando una micropipetta. Il gel in cui sono seminate/intrappolate le cellule costituisce la porzione interna del sistema gel-ingel, o gel interno, che ? generalmente costituito da un idrogel e pertanto ha carattere idrofilo, tuttavia a seconda della natura dell'idrogel impiegato, in funzione delle esigenze sperimentali, il suo grado di idrofilia/idrofobia pu? variare. E? peraltro evidente che la forma del gel e la distribuzione delle cellule al suo interno, all'inizio della sperimentazione, sono di fondamentale importanza per determinare i corretti parametri della migrazione cellulare e le interazioni che si intendono studiare. La deposizione del gel che andr? a costituire la porzione interna del sistema gel-in-gel ? influenzata a sua volta dalla natura del materiale di cui il dispositivo ? costituito: a contatto con una superficie idrofila una porzione, ad esempio una goccia, di gel o di mezzo, costituita da un mezzo acquoso, tende a diffondere, viceversa, a contatto con una superficie idrofoba, il gel o qualsiasi mezzo idrofilo tende ad assumere una forma sostanzialmente sferica. Specifically, the gel-in-gel system contained in the device according to the invention is essentially consists of a 1-10 ?L gel microsphere containing cells at a specific density? (>2000-cells/?L) which is placed at the base of the well using a micropipette. The gel in which the cells are seeded/trapped constitutes the internal portion of the gel-ingel system, or internal gel, which is generally made up of a hydrogel and therefore has a hydrophilic character, however depending on the nature of the hydrogel used, depending on the experimental needs, its degree of hydrophilicity/hydrophobia can? to vary. AND? Furthermore, it is clear that the shape of the gel and the distribution of the cells within it, at the beginning of the experiment, are of fundamental importance for determining the correct parameters of cell migration and the interactions that we intend to study. The deposition of the gel will go? to constitute the internal portion of the gel-in-gel system? influenced in turn by the nature of the material of which the device is made? constituted: in contact with a hydrophilic surface a portion, for example a drop, of gel or medium, consisting of an aqueous medium, tends to diffuse, vice versa, in contact with a hydrophobic surface, the gel or any hydrophilic medium tends to take on a substantially spherical shape.

A seconda del sistema che si intende analizzare potr? essere necessario avere una forma del gel interno sostanzialmente sferica. Depending on the system you intend to analyze, you can It may be necessary to have a substantially spherical shape of the internal gel.

Secondo la presente invenzione, al fine di ottenere la deposizione di un gel di forma sostanzialmente sferica, sul fondo del pozzetto viene predisposta una superficie superidrofoba 3 amovibile, sulla quale si depone il gel. Ai sensi della presente descrizione, una superficie ? idrofoba quando una goccia d?acqua forma con la superficie un angolo di contatto superiore ai 90?, se tale angolo ? superiore ai 150? la superficie ? detta superidrofoba favorendo la formazione di gocce isolate. According to the present invention, in order to obtain the deposition of a gel with a substantially spherical shape, a removable superhydrophobic surface 3 is provided on the bottom of the well, on which the gel is deposited. According to this description, a surface ? hydrophobic when a drop of water forms a contact angle greater than 90 with the surface, if this angle is above 150? the surface ? called superhydrophobic, favoring the formation of isolated drops.

Nell?esempio illustrato, la forma sostanzialmente sferica del gel interno ? favorita dall'impiego di una superficie 3 a carattere superidrofobo costituita di un polimero plastico, ad esempio polidimetilsilossano (PDMS), reso superidrofobo mediante nano-strutturazione, posto sul fondo del pozzetto. In the illustrated example, the substantially spherical shape of the internal gel is favored by the use of a superhydrophobic surface 3 made up of a plastic polymer, for example polydimethylsiloxane (PDMS), made superhydrophobic by nano-structuring, placed on the bottom of the well.

Il gel interno, nel quale sono seminate le cellule, ? polimerizzato secondo tecniche note nel settore, ad esempio mediante variazione termica, produzione di radicali mediante esposizione a raggi UV o visibili in funzione del tipo di polimero utilizzato per la produzione del gel. Preferibilmente, il gel in cui sono seminate le cellule costituisce la porzione interna del sistema gel-in-gel, o gel interno, e ha un volume preferibilmente di 2-5 ?L. The internal gel, in which the cells are seeded, is polymerized according to techniques known in the sector, for example by thermal variation, production of radicals by exposure to UV or visible rays depending on the type of polymer used for the production of the gel. Preferably, the gel into which the cells are seeded constitutes the internal portion of the gel-in-gel system, or internal gel, and preferably has a volume of 2-5 ?L.

All'esterno del gel interno polimerizzato, ? deposto il gel esterno, con un volume preferibilmente compreso tra 50-60 ?L, costituito da un gel avente minore rigidit? del gel interno. On the outside of the cured inner gel, ? the external gel is deposited, with a volume preferably between 50-60 ?L, consisting of a gel having less rigidity? of the internal gel.

Secondo il trovato, il dispositivo comprende una pluralit? di canali, in numero idoneo all'uso previsto del dispositivo. I canali possono avere varie forme a seconda delle necessit? di utilizzo del dispositivo e del saggio che deve essere eseguito. Ad esempio, tali canali possono essere rettilinei, curvi (ad esempio, a forma di S o a serpentina), radiali (ad esempio, che si irradia da, o converge verso, un punto centrale o una regione, come in una forma a V, a U, a C), ellittici, circolari, quadrati o rettangolari, ecc. o loro combinazioni. According to the invention, the device comprises a plurality? of channels, in a number suitable for the intended use of the device. The channels can have various shapes depending on the needs? of use of the device and the test that must be performed. For example, such channels may be straight, curved (e.g., S-shaped or serpentine), radial (e.g., radiating from, or converging toward, a central point or region, as in a V shape, U-shaped, C-shaped), elliptical, circular, square or rectangular, etc. or combinations thereof.

I canali di ciascun pozzetto P hanno sezione preferibilmente circolare con diametro tra 0,1?0,2 mm, preferibilmente di 0,15 mm o rettangolare di dimensioni 0,1-0,5 mm x 0,1-0,2 mm, preferibilmente di 0,5 x 0,15 mm, e sono indipendenti l'uno dall'altro. Tali canali sono in collegamento con il pozzetto P in cui si trova il sistema del gel-ingel, e sono conformati in modo che una estremit? di ciascun canale ? in contatto e confluisce nella parete laterale del pozzetto P costituendo un punto di ingresso/uscita del pozzetto, mentre l'altra estremit? dello stesso canale termina in un piccolo pozzetto secondario cilindrico di diametro tra 1-2 mm, preferibilmente di 1 mm, che si affaccia alla superficie superiore del dispositivo, esternamente ad un serbatoio S. Tale serbatoio S ha funzione di contenere il terreno di crescita del sistema cellulare analizzato con il dispositivo oggetto dell?invenzione, come descritto in maggiore dettaglio nel seguito. In altre parole, ciascun pozzetto P ? collocato sul fondo del Serbatoio S cilindrico le cui dimensioni hanno un?altezza h= 1,5-2,5 mm; un diametro d= 20-30 mm ed una capacit? di 0,471-1,77 mL. Nell?esempio illustrato, le dimensioni preferite del serbatoio S sono: h= 2 mm e d= 26 mm con una capacit? 1.06 mL in cui ? posto il terreno di coltura, garantendo in tal modo una quantit? di terreno che consente di mantenere i tre sistemi ?gel-in-gel? immersi in terreno di coltura anche per pi? giorni. La parte superiore di ciascun pozzetto P ? affacciata sul fondo di detto serbatoio S ed ? comunicante con esso per ricevere il terreno di crescita. Pi? specificamente, ogni pozzetto P ha almeno un canale inferiore 1 che ? collegato in prossimit? del fondo del pozzetto stesso ed un canale superiore 2 collegato lateralmente al pozzetto, poco sopra la met? della sua altezza. The channels of each well P have a preferably circular section with a diameter between 0.1-0.2 mm, preferably 0.15 mm or rectangular with dimensions of 0.1-0.5 mm x 0.1-0.2 mm, preferably 0.5 x 0.15 mm, and are independent of each other. These channels are connected to the well P in which the gel-ingel system is located, and are shaped so that one end? of each channel? in contact and flows into the side wall of the well P, constituting an entry/exit point of the well, while the other end? of the same channel ends in a small secondary cylindrical well with a diameter between 1-2 mm, preferably 1 mm, which faces the upper surface of the device, externally to a tank S. This tank S has the function of containing the growth medium of the cellular system analyzed with the device object of the invention, as described in greater detail below. In other words, each well P ? placed on the bottom of the cylindrical Tank S whose dimensions have a height h= 1.5-2.5 mm; a diameter d= 20-30 mm and a capacity? of 0.471-1.77 mL. In the illustrated example, the preferred dimensions of the tank S are: h= 2 mm and d= 26 mm with a capacity 1.06 mL in which ? place the cultivation medium, thus guaranteeing a quantity? of soil that allows you to maintain the three ?gel-in-gel? immersed in cultivation medium even for longer? days. The top of each well P ? overlooking the bottom of said tank S and ? communicating with it to receive the growth medium. More? specifically, each well P has at least one lower channel 1 which is? connected in proximity? of the bottom of the well itself and an upper channel 2 connected laterally to the well, just above the middle? of his height.

Secondo il trovato, entrambi i canali ora descritti, sono separatamente collegati con la superficie superiore del dispositivo, esternamente al serbatoio S tramite un rispettivo pozzetto secondario (1? e 2?). According to the invention, both channels now described are separately connected to the upper surface of the device, externally to the tank S via a respective secondary well (1? and 2?).

Per quanto detto, la superficie laterale di ciascun pozzetto P presente nel dispositivo ? collegata a due canali 1, 2 indipendenti che terminano rispettivamente in due punti distinti della superficie laterale del pozzetto P, preferibilmente contrapposti. Un primo canale 1 ? collegato al pozzetto nella sua parte inferiore (canale inferiore), sostanzialmente in prossimit? del fondo/base del pozzetto P; un secondo canale 2 ? collegato al pozzetto P nella sua met? superiore (canale superiore), ad un?altezza che nell?esempio illustrato ? a circa 4 mm dal fondo del pozzetto (P). As stated, the lateral surface of each well P present in the device is ? connected to two independent channels 1, 2 which end respectively in two distinct points on the lateral surface of the well P, preferably opposite. A first channel 1? connected to the cockpit in its lower part (lower channel), substantially in proximity? of the bottom/base of the well P; a second channel 2? connected to the P well in its half? higher (upper channel), at a height that in the illustrated example is ? approximately 4 mm from the bottom of the well (P).

Il canale inferiore 1 ? utilizzato prevalentemente per lavare la sfera di gel contenente le cellule, che costituisce la porzione interna del sistema gel-in-gel, e quindi consente di rimuovere eventuali cellule non incluse nella sfera durante la fase di polimerizzazione, questo prima di deporre mediante uso di una semplice micropipetta la porzione esterna del gel. Il canale superiore 2 ? invece utilizzato prevalentemente per il lavaggio del sistema gel-in-gel e per cambiare/modificare il mezzo di coltura nel corso della sperimentazione. The lower channel 1 ? mainly used to wash the gel sphere containing the cells, which constitutes the internal portion of the gel-in-gel system, and therefore allows the removal of any cells not included in the sphere during the polymerization phase, this before depositing through the use of a simple micropipette the outer portion of the gel. The upper channel 2 ? instead used mainly for washing the gel-in-gel system and for changing/modifying the culture medium during the experiment.

Come si ? detto, la sommit? di ciascun pozzetto P ? affacciata e comunicante sul fondo del serbatoio S che, secondo una caratteristica peculiare del trovato, costituisce una riserva di terreno di crescita comune a ciascun pozzetto P. Tale serbatoio S consente vantaggiosamente di effettuare esperimenti anche per pi? giorni senza la necessit? di dover riempire quotidianamente i pozzetti per alimentare le cellule da analizzare presenti al loro interno, nonch? di utilizzare le stesse condizioni di coltura per tutti e tre i sistemi ?gel-in-gel?, consentendo quindi una migliore riproducibilit? dell?esperimento riducendo variabili nell?esperimento. How to ? said, the top? of each well P ? facing and communicating on the bottom of the tank S which, according to a peculiar characteristic of the invention, constitutes a reserve of growth medium common to each well P. This tank S advantageously allows experiments to be carried out even for several months. days without the need? of having to fill the wells daily to feed the cells to be analyzed present inside them, as well as? to use the same culture conditions for all three ?gel-in-gel? systems, thus allowing better reproducibility? of the experiment by reducing variables in the experiment.

Attraverso tali canali superiore 2 e inferiore 1, l'operatore pu? intervenire sul sistema gel-ingel per aggiungere o rimuovere il mezzo di coltura, per eseguire un lavaggio o per aggiungere fattori biochimici o farmaci di cui si vogliono studiare gli effetti sulla migrazione cellulare mediante l?utilizzo dei rispettivi pozzetti secondari 1? e 2? di estremit?. L?aggiunta o la rimozione di sostanze o mezzi pu? essere fatta dall?operatore manualmente utilizzando una siringa, una pipetta o una pompa o qualsiasi altro mezzo idoneo ad aggiungere o rimuovere soluzioni, sostanze e composizioni liquide. In alternativa, l?aggiunta o la rimozione di sostanze o mezzi pu? essere fatta attraverso mezzi meccanici o qualsiasi mezzo idoneo attivato in modo meccanico o elettronico a attraverso un software, implementati secondo metodi noti agli esperti del settore. Through these upper 2 and lower 1 channels, the operator can? intervene on the gel-ingel system to add or remove the culture medium, to carry out a wash or to add biochemical factors or drugs whose effects on cell migration you want to study through the use of the respective secondary wells 1? and 2? of extremity. The addition or removal of substances or media can be done by the operator manually using a syringe, a pipette or a pump or any other means suitable for adding or removing solutions, substances and liquid compositions. Alternatively, the addition or removal of substances or media can be done through mechanical means or any suitable means activated mechanically or electronically or through software, implemented according to methods known to experts in the sector.

E? interessante osservare che quando il serbatoio S ? riempito col terreno di coltura i pozzetti P condivideranno lo stesso terreno, ma quando il livello si abbassa fino ad arrivare al fondo del serbatoio stesso, i pozzetti P diventano ?separati? tra loro. AND? interesting to observe that when the tank S ? filled with culture medium, the P wells will share the same medium, but when the level drops to the bottom of the tank itself, the P wells become ?separated? between them.

La forma di tale serbatoio S pu? essere qualunque, purch? abbia il fondo orizzontale e sia idonea a contenere un volume di almeno 1-1,5 mL, di una soluzione liquida. The shape of such a tank S can? be any, as long as? has a horizontal bottom and is suitable for containing a volume of at least 1-1.5 mL of a liquid solution.

Nell?esempio illustrato, il serbatoio S ha forma cilindrica con diametro di 26 mm e altezza di 2 mm e garantisce un apporto continuo ed in grande eccesso di mezzo di coltura rispetto ai limitati volumi richiesti dalle dimensioni e quantit? di cellule analizzate. In the illustrated example, the tank S has a cylindrical shape with a diameter of 26 mm and a height of 2 mm and guarantees a continuous and large excess supply of culture medium compared to the limited volumes required by the dimensions and quantity of the tank. of cells analyzed.

Per quanto detto, la presenza del serbatoio S ? particolarmente vantaggiosa, in quanto consente di garantire che le cellule siano adeguatamente alimentate anche per periodi di qualche giorno (ad es. il fine settimana) senza interventi esterni di riempimento o rabbocco e riducendo fenomeni di ipossia o tossicit? dovuta a cataboliti rilasciati dalle cellule nel sistema gel-in-gel. Questo differenzia e facilit? l?utilizzo del trovato rispetto ad altri dispositivi noti. Given what has been said, the presence of the S tank? particularly advantageous, as it allows to guarantee that the cells are adequately fed even for periods of a few days (e.g. the weekend) without external filling or topping up interventions and reducing hypoxia or toxicity phenomena. due to catabolites released by cells in the gel-in-gel system. This differentiates and facilitates? the use of the invention compared to other known devices.

E? interessante notare che tra gli aspetti innovativi e vantaggiosi del dispositivo fin qui descritto, chiamato anche ?3D cell migration chip? (3D-CM chip), si possono elencare i seguenti: AND? It is interesting to note that among the innovative and advantageous aspects of the device described so far, also called ?3D cell migration chip? (3D-CM chip), the following can be listed:

- Essendo i pozzetti P aperti verso l?alto, si pu? avere accesso diretto al campione con una tip. - Since the P wells are open towards the top, you can? have direct access to the sample with a tip.

- A seconda delle esigenze, si possono fare sfere di gel contenenti cellule con volumi ridotti, da 1 a 5 microlitri, utilizzando le comuni micropipette. - Depending on needs, gel spheres containing cells with small volumes, from 1 to 5 microliters, can be made using common micropipettes.

- Se necessario, ? possibile creare e testare sfere di volumi differenti nei diversi pozzetti P per analizzare migrazioni con un cammino pi? lungo/corto; questo sarebbe impossibile con un chip ?tipo Kamm? in quanto i volumi sono strettamente definiti dalla geometria dei canali. - If necessary, ? Is it possible to create and test spheres of different volumes in different P wells to analyze migrations with a shorter path? long/short; this would be impossible with a ?Kamm-type? as the volumes are strictly defined by the geometry of the channels.

- Si possono togliere eventuali occlusioni nei canali inferiore 1 e superiore 2 (microcanali). - Any occlusions in the lower 1 and upper 2 channels can be removed (micro-channels).

- Pu? essere utilizzato sfruttando anche solo alcuni pozzetti del dispositivo. - Can you? be used using even just some wells of the device.

- Nel chip oggetto della presente invenzione, si pu? modificare facilmente l?idrofobia del fondo del pozzetto P a seconda del tipo di gel che si vuole usare, grazie al fatto che la superficie idrofoba/idrofila/super-idrofoba 3 ? rimovibile dal fondo di ogni pozzetto P. - In the chip which is the object of the present invention, can it be possible? easily modify the hydrophobicity of the bottom of the well P depending on the type of gel you want to use, thanks to the fact that the hydrophobic/hydrophilic/super-hydrophobic surface 3? removable from the bottom of each well P.

- Il sistema pu? essere usato per effettuare il processo di polimerizzazione dei sistemi gel-in-gel sia mediante la fotopolimerizzazione con esposizione a luce UV, che mediante variazione di temperatura o con altri sistemi di polimerizzazione di tipo chimico. - The system can? be used to carry out the polymerization process of gel-in-gel systems either through photopolymerization with exposure to UV light, or through temperature variation or with other chemical polymerization systems.

I vantaggi derivanti dal dispositivo secondo la presente invenzione e dal suo utilizzo saranno pi? evidenti agli esperti del settore dalla descrizione degli esempi di seguito descritti. The advantages deriving from the device according to the present invention and from its use will be greater? evident to experts in the sector from the description of the examples described below.

Inoltre, i dati della sperimentazione condotta hanno messo in evidenza la diversa capacit? migratoria delle cellule staminali rispetto a quelle tumorali nel sistema gel-in-gel. In particolare, ? noto in letteratura che le cellule staminali mesenchimali adulte come quelle da noi utilizzate, fisiologicamente si trovano confinate nelle cosiddette ?nicchie staminali?. Si ritiene infatti che queste cellule riescano ad evitare il processo differenziativo durante lo sviluppo embrionale e a colonizzare aree specifiche, dalla citoarchitettura definita, che garantiscono un microambiente controllato biochimicamente, dette appunto nicchie, che avrebbero la funzione di mantenere la plasticit? delle cellule nella vita adulta e di limitarne i processi di differenziamento [Lanza, R., 2004]. In tali cripte, la cui presenza ? stata riscontrata in numerosi tessuti ed organi dell?individuo adulto [Morrison, S.J., 2008], come ad esempio l?endotelio, il muscolo scheletrico e cardiaco, il fegato e la cornea, tali cellule rimangono confinate e relativamente quiescenti fino a che non vengono riattivate da un danno o da uno stato patologico. A tal proposito, gli esperimenti di migrazione da noi condotti utilizzando il 3D-migration chip, in cui non ? stata osservata un?invasione del gel esterno da parte delle hcMSC, suggeriscono che tale sistema fornisce un modello ?organo-tipico? in vitro delle nicchie staminali, molto utile per lo studio delle propriet? fisiologiche delle cellule che costituiscono tali nicchie e l'identificazione dei fattori coinvolti nella riattivazione e nella plasticit?. Furthermore, the data from the experiment conducted highlighted the different capacity? migration of stem cells compared to tumor cells in the gel-in-gel system. In particular, ? It is known in the literature that adult mesenchymal stem cells such as those used by us are physiologically confined to the so-called "stem niches". In fact, it is believed that these cells are able to avoid the differentiation process during embryonic development and to colonize specific areas, with defined cytoarchitecture, which guarantee a biochemically controlled microenvironment, called niches, which would have the function of maintaining plasticity. of cells in adult life and to limit their differentiation processes [Lanza, R., 2004]. In such crypts, whose presence is? been found in numerous tissues and organs of the adult individual [Morrison, S.J., 2008], such as the endothelium, the skeletal and cardiac muscle, the liver and the cornea, these cells remain confined and relatively quiescent until they are reactivated by damage or a pathological state. In this regard, the migration experiments we conducted using the 3D-migration chip, in which there is no An invasion of the external gel by hcMSCs was observed, suggesting that this system provides an "organo-typical" model. in vitro of stem cell niches, very useful for studying the properties? physiological characteristics of the cells that constitute these niches and the identification of the factors involved in reactivation and plasticity.

ESEMPI EXAMPLES

Esempio 1: Migrazione di cellule MDA-MB 231 in idrogel di PEG-fibrinogeno rilevata mediante 3D-cell migration chip. Example 1: Migration of MDA-MB 231 cells in PEG-fibrinogen hydrogel detected by 3D-cell migration chip.

Cellule tumorali MDA-MB 231, una linea di adenocarcinoma mammario umano altamente aggressiva e dotate di un?elevata capacit? di invadere e attraversare membrane basali e che non esprimono marcatori epiteliali, sono state coltivate in fiasche sterili di polistirene utilizzando il terreno di coltura ?Dulbecco?s modified Eagle medium? (DMEM) (Gibco, Thermo Fisher Scientific, Milano, Italia) arricchito con il 10% v/v di siero fetale bovino (FBS) (Gibco, Thermo Fisher Scientific, Milano, Italia), L-Glutammina 2 mM, penicillina 100 U/mL e streptomicina 100 g/mL, a 37?C e 5% di CO2. Quando le cellule hanno raggiunto una confluenza del 60-80% della superficie di crescita, sono state staccate, contate per mezzo di una camera conta cellule ?Thoma? a doppio reticolo, e risospese ad una densit? di 1x10<4 >cellule/?L nella soluzione precursore del gel interno contenente: tampone PBS (fosfato di potassio 50 mM, NaCl 150 mM in ddH2O) a pH 7,4, PEG-fibrinogeno (8,0 mg/mL), 0,5% v/v di una soluzione di PEGDA con un peso molecolare di 10 kDa al 30% p/v e 1% v/v di una soluzione stock contenente 10% p/v del fotoiniziatore Irgacure? 2959 (Ciba Speciality Chemicals, Basilea, Svizzera) in etanolo 70% (concentrazione di fotoiniziatore finale pari allo 0,1% p/v). Il ?3D-CM chip? opportunamente sterilizzato mediante trattamento con UV, ? stato preparato immettendo nel pozzetto P la superficie superidrofoba sterile amovibile, che era precedentemente ottenuta mediante nanostrutturazione del polimero PDMS. MDA-MB 231 tumor cells, a highly aggressive human breast adenocarcinoma line with a high capacity to invade and cross basement membranes and which do not express epithelial markers, were grown in sterile polystyrene flasks using ?Dulbecco?s modified Eagle medium? (DMEM) (Gibco, Thermo Fisher Scientific, Milan, Italy) enriched with 10% v/v fetal bovine serum (FBS) (Gibco, Thermo Fisher Scientific, Milan, Italy), 2 mM L-Glutamine, 100 U penicillin /mL and streptomycin 100 g/mL, at 37?C and 5% CO2. When the cells reached a confluence of 60-80% of the growth surface, they were detached, counted using a ?Thoma? cell counting chamber. with a double lattice, and resuspended at a density? of 1x10<4 >cells/?L in the precursor solution of the internal gel containing: PBS buffer (50 mM potassium phosphate, 150 mM NaCl in ddH2O) at pH 7.4, PEG-fibrinogen (8.0 mg/mL), 0.5% v/v of a PEGDA solution with a molecular weight of 10 kDa at 30% w/v and 1% v/v of a stock solution containing 10% w/v of the Irgacure photoinitiator? 2959 (Ciba Specialty Chemicals, Basel, Switzerland) in 70% ethanol (final photoinitiator concentration equal to 0.1% w/v). The ?3D-CM chip? suitably sterilized by UV treatment, ? was prepared by placing the removable sterile superhydrophobic surface, which was previously obtained by nanostructuring the PDMS polymer, into the P well.

Un'aliquota pari a 2 ?L della soluzione precursore del gel contenente le cellule MDA-MB 231 ? stata depositata con una micro-pipetta tipo Gilson sulle superfici superidrofobe presenti nei tre pozzetti P. L?intero chip ? stato esposto alla luce UV (365 nm, 4?5 mW cm<?2>) per 1 minuto ottenendo cos? le microsfere di cellule. Le sfere sono state lavate con PBS per rimuovere eventuali residui di gel non polimerizzato e cellule non incorporate nel gel mediante l?uso del canale 1 (C1). Successivamente, i pozzetti ed il serbatoio sono stati riempiti con il mezzo di coltura ed il ?3D-CM chip? ? stato riposto in una petri sterile in incubatore per 12 h. Il giorno dopo le superfici super-idrofobe sono state rimosse dai pozzetti e successivamente ? stato rimosso il mezzo di coltura per permettere la polimerizzazione del gel esterno. A tal fine ? stata utilizzata una micro-pipetta Gilson, prelevando prima dal serbatoio e poi dai canali C2 e C1. Dopo lavaggi con tampone PBS ? stata aggiunta la soluzione precursore del gel esterno costituita da PEG-fibrinogeno con fibronectina (5,5 mg/mL), fotoiniziatore Irgacure 2959 (0,1% p/v) e tampone PBS pH 7,4 per un volume di 50 ?L per ogni pozzetto. Il gel esterno deve avere una viscosit?/rigidit? inferiore rispetto a quello interno, al fine di non ostacolare la capacit? migratoria delle cellule. Il chip ? stato esposto a irraggiamento con UVA (365 nm) per 5 minuti per ottenere la polimerizzazione del gel esterno. Successivamente, il serbatoio ed i pozzetti sono stati riempiti con il terreno di coltura ed il sistema era pronto per iniziare il monitoraggio nel tempo dell?invasione del gel esterno da parte delle cellule contenute nel gel interno. La migrazione/invasione cellulare ? stata monitorata osservando il chip al microscopio invertito in campo chiaro (Zeiss Primovert) utilizzando un ingrandimento 4X. A portion equal to 2?L of the gel precursor solution containing the MDA-MB 231 cells? was deposited with a Gilson-type micro-pipette on the superhydrophobic surfaces present in the three P wells. The entire chip was deposited. was exposed to UV light (365 nm, 4?5 mW cm<?2>) for 1 minute thus obtaining? cell microspheres. The beads were washed with PBS to remove any residual unpolymerized gel and cells not embedded in the gel using channel 1 (C1). Subsequently, the wells and the reservoir were filled with the culture medium and the ?3D-CM chip? ? was placed in a sterile petri dish in the incubator for 12 h. The next day the super-hydrophobic surfaces were removed from the wells and subsequently? the culture medium was removed to allow polymerization of the external gel. To this end ? A Gilson micro-pipette was used, drawing first from the reservoir and then from the C2 and C1 channels. After washing with PBS buffer? the external gel precursor solution consisting of PEG-fibrinogen with fibronectin (5.5 mg/mL), Irgacure 2959 photoinitiator (0.1% w/v) and PBS buffer pH 7.4 was added to a volume of 50 ?L for each well. The external gel must have a viscosity/rigidity? lower than the internal one, in order not to hinder the capacity? cell migration. The chip? was exposed to UVA irradiation (365 nm) for 5 minutes to obtain polymerization of the external gel. Subsequently, the tank and the wells were filled with the culture medium and the system was ready to begin monitoring the invasion of the external gel by the cells contained in the internal gel over time. Cellular migration/invasion? was monitored by observing the chip under an inverted bright-field microscope (Zeiss Primovert) using 4X magnification.

L?esperimento ha messo in evidenza la capacit? migratoria delle cellule MDA-MB231 che, come si osserva dalla figura 9, ? apprezzabile gi? dal terzo giorno di crescita cellulare. The experiment highlighted the ability migration of MDA-MB231 cells which, as can be seen from figure 9, is appreciable already? from the third day of cell growth.

Esempio 2: Migrazione di cellule staminali hcMSC in idrogel di PEG-fibrinogeno rilevata mediante 3D-cell migration chip. Example 2: Migration of hcMSC stem cells in PEG-fibrinogen hydrogel detected using 3D-cell migration chip.

Cellule Lin<- >Sca-1<+ >hcMSC, cellule staminali mesenchimali progenitrici cardiache umane (hcMSC), estratte dall?auricola destra di cuore umano, ottenuta durante biopsia (Buonvino S et al IJMS 2021), Lin<- >Sca-1<+ >hcMSC cells, human cardiac progenitor mesenchymal stem cells (hcMSC), extracted from the right atrial appendage of the human heart, obtained during biopsy (Buonvino S et al IJMS 2021),

sono state coltivate in fiasche sterili di polistirene utilizzando il terreno di coltura ?Dulbecco?s modified Eagle medium? (DMEM) (Gibco, Thermo Fisher Scientific, Milano, Italia) arricchito con il 10% v/v di siero fetale bovino (FBS) (Gibco, Thermo Fisher Scientific, Milano, Italia), L-Glutammina 2 mM, penicillina 100 U/mL e streptomicina 100 g/mL, a 37?C e 5% di CO2. Quando le cellule hanno raggiunto una confluenza di circa il 60-80% della superficie di crescita, sono state staccate, contate per mezzo di una camera conta cellule ?Thoma? a doppio reticolo, e risospese ad una densit? di 4x10<3 >cellule/?L nella soluzione precursore del gel interno contenente: tampone PBS (fosfato di potassio 50 mM, NaCl 150 mM in ddH2O) a pH 7,4, PEG-fibrinogeno (8,0 mg/mL), 0,5% v/v di una soluzione di PEGDA con un peso molecolare di 10 kDa al 30% p/v e 1% v/v di una soluzione stock contenente 10% p/v del fotoiniziatore Irgacure? 2959 (Ciba Speciality Chemicals, Basilea, Svizzera) in etanolo 70% (concentrazione di fotoiniziatore finale pari allo 0,1% p/v). Il ?3D-CM chip? opportunamente sterilizzato mediante trattamento con UV, ? stato preparato immettendo nel pozzetto P la superficie superidrofoba sterile amovibile, precedentemente ottenuta mediante nano-strutturazione del polimero PDMS. 5 ?L della soluzione precursore del gel contenente le cellule hcMSC sono stati depositati con una micro-pipetta Gilson sulle superfici superidrofobe presenti nei tre pozzetti P. L?intero chip ? stato esposto a irraggiamento con luce UV (365 nm, 4?5 mW cm<?2>) per 1 minuto ottenendo cos? le microsfere di cellule. Le sfere sono state lavate con PBS per rimuovere eventuali residui di gel non polimerizzato e cellule non incorporate nel gel mediante l?uso del canale 1 (C1). Successivamente, i pozzetti ed il serbatoio sono stati riempiti con il mezzo di coltura ed il ?3D cell migration chip? ? stato riposto in una petri sterile in incubatore per 12 h. Il giorno dopo sono state rimosse dai pozzetti le superfici super-idrofobe ed ? stato rimosso il mezzo coltura, per permettere la polimerizzazione del gel esterno. A tal fine ? stata utilizzata una micro-pipetta tipo Gilson, prelevando prima dal serbatoio e poi dai canali C2 e C1. Dopo lavaggi con tampone PBS ? stata aggiunta la soluzione precursore del gel esterno costituita da PEG-fibrinogeno con fibronectina (5,5 mg/mL), fotoiniziatore Irgacure 2959 (0,1% p/v) e tampone PBS pH 7,4 per un volume di 60 ?L per ogni pozzetto. Il gel esterno deve avere una rigidit? (stiffness) inferiore rispetto a quello interno, al fine di non ostacolare la capacit? migratoria delle cellule. Il chip ? stato esposto alla lampada UVA (365 nm) per 5 minuti per ottenere la polimerizzazione del gel esterno. Successivamente, il serbatoio ed i pozzetti sono stati riempiti con il terreno di coltura ed il sistema era pronto per iniziare il monitoraggio nel tempo dell?invasione del gel esterno da parte delle cellule. La migrazione/invasione cellulare ? stata monitorata mediante microscopio invertito in campo chiaro con ingrandimento 4X (Zeiss Primovert). were grown in sterile polystyrene flasks using ?Dulbecco?s modified Eagle medium? (DMEM) (Gibco, Thermo Fisher Scientific, Milan, Italy) enriched with 10% v/v fetal bovine serum (FBS) (Gibco, Thermo Fisher Scientific, Milan, Italy), 2 mM L-Glutamine, 100 U penicillin /mL and streptomycin 100 g/mL, at 37?C and 5% CO2. When the cells reached a confluence of approximately 60-80% of the growth surface, they were detached and counted using a ?Thoma? cell counting chamber. with a double lattice, and resuspended at a density? of 4x10<3 >cells/?L in the precursor solution of the internal gel containing: PBS buffer (50 mM potassium phosphate, 150 mM NaCl in ddH2O) at pH 7.4, PEG-fibrinogen (8.0 mg/mL), 0.5% v/v of a PEGDA solution with a molecular weight of 10 kDa at 30% w/v and 1% v/v of a stock solution containing 10% w/v of the Irgacure photoinitiator? 2959 (Ciba Specialty Chemicals, Basel, Switzerland) in 70% ethanol (final photoinitiator concentration equal to 0.1% w/v). The ?3D-CM chip? suitably sterilized by UV treatment, ? was prepared by placing the removable sterile superhydrophobic surface, previously obtained by nano-structuring the PDMS polymer, into well P. 5 ?L of the gel precursor solution containing the hcMSC cells were deposited with a Gilson micro-pipette on the superhydrophobic surfaces present in the three wells P. The entire chip ? was exposed to irradiation with UV light (365 nm, 4?5 mW cm<?2>) for 1 minute thus obtaining? cell microspheres. The beads were washed with PBS to remove any residual unpolymerized gel and cells not embedded in the gel using channel 1 (C1). Subsequently, the wells and the reservoir were filled with the culture medium and the ?3D cell migration chip? ? was placed in a sterile petri dish in the incubator for 12 h. The next day the super-hydrophobic surfaces were removed from the wells and ? the culture medium was removed to allow polymerization of the external gel. To this end ? A Gilson type micro-pipette was used, taking first from the reservoir and then from the C2 and C1 channels. After washing with PBS buffer? the external gel precursor solution consisting of PEG-fibrinogen with fibronectin (5.5 mg/mL), Irgacure 2959 photoinitiator (0.1% w/v) and PBS buffer pH 7.4 was added to a volume of 60 ?L for each well. The external gel must have a rigidity? (stiffness) lower than the internal one, in order not to hinder the capacity? cell migration. The chip? was exposed to the UVA lamp (365 nm) for 5 minutes to achieve polymerization of the external gel. Subsequently, the reservoir and wells were filled with the culture medium and the system was ready to begin monitoring the invasion of the external gel by the cells over time. Cellular migration/invasion? was monitored using an inverted bright-field microscope with 4X magnification (Zeiss Primovert).

I dati ottenuti dalla sperimentazione con cellule staminali adulte non hanno rilevato migrazione/invasione del gel esterno da parte delle hcMSC contenute nel gel interno, come mostrato in Figura 10. The data obtained from the experimentation with adult stem cells did not detect migration/invasion of the external gel by the hcMSCs contained in the internal gel, as shown in Figure 10.

Claims (13)

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo microfluidico per studiare la migrazione cellulare in vitro su scala miniaturizzata in sistemi tridimensionali, caratterizzato dal fatto di prevedere un corpo di materiale otticamente trasparente che comprende:1. Microfluidic device for studying in vitro cell migration on a miniaturized scale in three-dimensional systems, characterized by the fact that it provides a body of optically transparent material which includes: - uno o pi? pozzetti (P) per il contenimento di un fluido, gel o simili, che costituiscono un sistema gel-in-gel nel quale sono seminate le cellule, costituito da una matrice composita di biomateriali naturali e/o sintetici, che crea una struttura che ha la capacit? di modulare lo sviluppo, l'organizzazione e la funzione finale di un sistema pluricellulare, un potenziale scaffold per la coltura delle cellule;- one or more? wells (P) for containing a fluid, gel or similar, which constitute a gel-in-gel system in which the cells are seeded, made up of a composite matrix of natural and/or synthetic biomaterials, which creates a structure that has the capacity? to modulate the development, organization and final function of a multicellular system, a potential scaffold for cell culture; - un serbatoio (S) per contenere un terreno di coltura che alimenta detti pozzetti (P);- a tank (S) to contain a culture medium which feeds said wells (P); in cui la parte superiore di ciascun pozzetto (P) ? affacciata sul fondo di detto serbatoio (S) ed ? comunicante con esso per ricevere il terreno di crescita;where the top of each well (P) is? overlooking the bottom of said tank (S) and is? communicating with it to receive the growth medium; ed in cui ogni pozzetto (P) ha almeno un canale inferiore (1) che ? collegato in prossimit? del fondo del pozzetto stesso ed almeno un canale superiore (2) collegato lateralmente al pozzetto stesso, preferibilmente poco sopra la met? della sua altezza; detti canali (1, 2) essendo separatamente collegati con la superficie superiore del dispositivo, esternamente al serbatoio (S), tramite un rispettivo pozzetto secondario (1? e 2?).and in which each well (P) has at least one lower channel (1) which is connected in proximity? of the bottom of the well itself and at least one upper channel (2) connected laterally to the well itself, preferably just above the middle? of his height; said channels (1, 2) being separately connected with the upper surface of the device, externally to the tank (S), via a respective secondary well (1? and 2?). 2. Dispositivo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che sul fondo di ciascun pozzetto (P) ? predisposta una superficie amovibile (3), sulla quale ? deposto il gel, in cui detta superficie (3) ? superidrofoba, idrofoba o idrofila, secondo le necessit?.2. Device according to the previous claim, characterized by the fact that on the bottom of each well (P) there is there is a removable surface (3), on which? the gel is deposited, in which said surface (3) is superhydrophobic, hydrophobic or hydrophilic, as needed. 3. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto sistema gel-in-gel ? costituito da diversi tipi di polimeri sia termo- che fotopolimerizzabili, ad esempio agarosio, gelatina, fibrina, collagene, chitosano, e/o sistemi doppi gelatina e/o PEG-fibrinogeno.3. Device according to one or more? of the previous claims, characterized by the fact that said gel-in-gel system is? consisting of different types of both thermo- and photopolymerizable polymers, for example agarose, gelatin, fibrin, collagen, chitosan, and/or double gelatin and/or PEG-fibrinogen systems. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che, per ottenere una forma sostanzialmente sferica del gel interno, detta superficie amovibile (3) posta sul fondo del pozzetto (P) ? a carattere superidrofobo, costituita di un polimero plastico, ad esempio polidimetilsilossano (PDMS), reso superidrofobo mediante nano-strutturazione.4. Device according to claim 2, characterized in that, to obtain a substantially spherical shape of the internal gel, said removable surface (3) located on the bottom of the well (P) is of a superhydrophobic character, made of a plastic polymer, for example polydimethylsiloxane (PDMS), made superhydrophobic by nano-structuring. 5. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la porzione interna del sistema gel-in-gel ? costituita da un gel interno, nel quale sono intrappolate le cellule, mentre all'esterno del gel interno polimerizzato, ? deposto un gel esterno, costituito dello stesso materiale del gel interno non polimerizzato.5. Device according to one or more? of the previous claims, characterized by the fact that the internal portion of the gel-in-gel system is? consists of an internal gel, in which the cells are trapped, while on the outside of the polymerized internal gel, it is an external gel is deposited, made of the same material as the non-polymerized internal gel. 6. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i canali (1, 2) di ciascun pozzetto (P) hanno sezione circolare con diametro compreso tra 0,1-0,2 mm, e preferibilmente pari a 0,15 mm oppure sezione rettangolare con dimensioni comprese tra 0,1- 0,5mm di altezza e 0,1-0,2 mm di larghezza, e preferibilmente pari a 0,5 x 0,15 mm, e sono indipendenti l'uno dall'altro.6. Device according to one or more? of the previous claims, characterized by the fact that the channels (1, 2) of each well (P) have a circular section with a diameter between 0.1-0.2 mm, and preferably equal to 0.15 mm or a rectangular section with dimensions ranging between 0.1-0.5mm in height and 0.1-0.2mm in width, and preferably equal to 0.5 x 0.15mm, and are independent of each other. 7. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i canali (1, 2) di ciascun pozzetto (P) sono in collegamento con il pozzetto (P) in cui si trova il sistema del gel-in-gel, e sono conformati in modo che una estremit? di ciascun canale ? in contatto e confluisce nella parete laterale del pozzetto (P) costituendo un punto di ingresso/uscita del pozzetto, mentre l'altra estremit? dello stesso canale termina nel rispettivo pozzetto secondario (1?, 2?) che si affaccia alla superficie superiore del dispositivo, esternamente al serbatoio (S).7. Device according to one or more? of the previous claims, characterized by the fact that the channels (1, 2) of each well (P) are connected to the well (P) in which the gel-in-gel system is located, and are shaped so that a extremity? of each channel? in contact and flows into the side wall of the well (P) constituting an entry/exit point of the well, while the other end? of the same channel ends in the respective secondary well (1?, 2?) which faces the upper surface of the device, outside the tank (S). 8. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascun pozzetto (P) presente sul fondo del serbatoio (S) ha forma sostanzialmente cilindrica con un'altezza h= 4-6mm, un diametro d= 4-6 mm ed un volume interno V= 50-169 ?l; preferibilmente con altezza pari a 5 mm e diametro di 5 mm ed un volume interno di 98,2 ?l.8. Device according to one or more? of the previous claims, characterized by the fact that each well (P) present on the bottom of the tank (S) has a substantially cylindrical shape with a height h = 4-6 mm, a diameter d = 4-6 mm and an internal volume V = 50 -169 ?l; preferably with a height of 5 mm and a diameter of 5 mm and an internal volume of 98.2 ?l. 9. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto serbatoio (S) in cui ? messo il terreno di coltura, ? sostanzialmente cilindrico ed ha un?altezza h= 1,5- 2,5 mm ed un diametro d= 20-30 mm; preferibilmente un?altezza h= 2 mm e un diametro d= 26 mm con una capacit? 1.06 mL, garantendo in tal modo una quantit? di terreno che consente di mantenere i tre sistemi ?gel-in-gel? immersi in terreno di coltura anche per pi? giorni.9. Device according to one or more? of the previous claims, characterized by the fact that said tank (S) in which is? put the cultivation medium, ? substantially cylindrical and has a height h= 1.5-2.5 mm and a diameter d= 20-30 mm; preferably a height h= 2 mm and a diameter d= 26 mm with a capacity? 1.06 mL, thus guaranteeing a quantity? of soil that allows you to maintain the three ?gel-in-gel? immersed in cultivation medium even for longer? days. 10. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la superficie laterale di ciascun pozzetto (P) presente nel dispositivo ? collegata a detti due canali (1, 2) indipendenti che terminano rispettivamente in due punti distinti della superficie laterale del pozzetto (P), preferibilmente contrapposti.10. Device according to one or more? of the previous claims, characterized by the fact that the lateral surface of each well (P) present in the device is? connected to said two independent channels (1, 2) which end respectively in two distinct points on the lateral surface of the well (P), preferably opposite. 11. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il canale inferiore (1) ? utilizzabile per lavare la sfera di gel contenente le cellule, che costituisce la porzione interna del sistema gel-ingel, e quindi per rimuovere eventuali cellule non incluse nella sfera durante la fase di polimerizzazione, prima di deporre la porzione esterna del gel mediante uso di una semplice micropipetta; e dal fatto che il canale superiore (2) ? utilizzabile per il lavaggio del sistema gelin-gel e per cambiare/modificare il mezzo di coltura nel corso della sperimentazione.11. Device according to one or more? of the previous claims, characterized by the fact that the lower channel (1) is usable to wash the gel sphere containing the cells, which constitutes the internal portion of the gel-ingel system, and therefore to remove any cells not included in the sphere during the polymerization phase, before depositing the external portion of the gel using a simple micropipette; and by the fact that the upper channel (2) ? usable for washing the gel-gel system and for changing/modifying the culture medium during the experiment. 12. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti canali superiore (2) e inferiore (1) di ciascun pozzetto (P) sono configurati per consentire ad un operatore di intervenire sul sistema gel-ingel per aggiungere o rimuovere il mezzo di coltura, per eseguire un lavaggio o per aggiungere fattori biochimici o farmaci di cui si vogliono studiare gli effetti sulla migrazione cellulare, mediante l?utilizzo dei rispettivi pozzetti secondari (1? e 2?) di estremit?.12. Device according to one or more? of the previous claims, characterized by the fact that said upper (2) and lower (1) channels of each well (P) are configured to allow an operator to intervene on the gel-ingel system to add or remove the culture medium, to perform a wash or to add biochemical factors or drugs whose effects on cell migration are to be studied, using the respective secondary wells (1? and 2?) at the ends. 13. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto serbatoio (S) ha il fondo orizzontale ed ha una forma idonea a contenere un volume di almeno 1-1,5 mL, di una soluzione liquida. 13. Device according to one or more? of the previous claims, characterized by the fact that said tank (S) has a horizontal bottom and has a shape suitable for containing a volume of at least 1-1.5 mL of a liquid solution.
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