Preparation of cellular microarrays using microcontact printing

Abstract

Verktøy som forenkler analyse av enkeltceller har i de siste årene blitt utviklet som følge av en nylig oppdaget viktighet av cellulær heterogenitet. Et eksempel på et slikt verktøy som kan brukes for enkeltcelle analyse er mikrokontakt printing (µCP). I µCP brukes et elastomerisk stempel, vanligvis lagd i den biologiske inerte polymeren poly(dimetyl) siloksan (PDMS), for avsetting av kjemikalier på overflater. Kjemikalier som fremmer cellulær adhesjon blir avsatt på glassoverflater dekt med kjemikalier som hindrer cellulær adhesjon, noe som resulterer i pre-definerte øyer som cellene kan feste seg til, og dermed danne cellulære mikromatriser.

Målet for denne avhandlingen var å optimere og å etablere en pålitelig og konsistent prosedyre for fabrikkeringen av former, og PDMS stempler lagd fra disse formene, i tillegg til deres bruk i µCP for tillaging av cellulære mikromatriser. Former ble lagd ved bruk av fotolitografi som er en prosess der en fotosensitiv kjemikalie som dekker et substrat får et mønster via eksponering for lys. PDMS stemplene tillagd under arbeid med denne avhandlingen klarte suksessfullt å overføre en rekke kjemikalier via µCP til en glassoverflate, inkludert polydopamin, polyetylenimin og proteiner merket med fluorescerende molekyler. Cellulære mikromatriser ble oppnådd med µCP ved bruk av disse PDMS stemplene flere ganger. Escherichia coli (E. coli) DH10B celler og de menneskelige kreftcellene HepG2 ble suksessfullt immobilisert på pre-definerte ordnede matriser. En demonstrering av en kvantitativ analyse av en cellulær mikromatrise av E. coli ble også utført.

Tools facilitating the analysis of single cells have been developed in recent years due to the newly realized importance of cellular heterogeneity. One such tool for single cell analysis is microcontact printing (µCP). In µCP, an elastomeric stamp, usually made in the biologically inert polymer poly(dimethyl) siloxane (PDMS), is used to deposit chemicals onto surfaces. Chemicals promoting cellular adhesion are deposited onto glass surfaces coated with chemicals inhibiting cellular adhesion resulting in predefined islands that cells can adhere to thus making cellular microarrays.

This thesis aimed to optimize and establish a reliable and consistent procedure for the fabrication of molds, and PDMS stamps made from these molds, as well as their use in µCP for preparation of cellular microarrays. Molds were made using photolithography which is a process were a photosensitive chemical coating a substrate is patterned through exposure to light. The PDMS stamps obtained during the work of this thesis successfully transferred a wide range of chemicals through µCP onto glass surfaces, including polydopamine, polyethyleneimine, and proteins labeled with fluorescent molecules. Cellular microarrays were obtained through µCP using these PDMS stamps multiple times. Escherichia coli (E. coli) DH10B cells and human cancer cells HepG2 were successfully immobilized in predefined ordered arrays. A demonstration of a quantitative analysis of a cellular microarray of E. coli was also performed.