Microfluidic Devices for behavior and chemotaxis assay of Caenorhabditis elegans

Abstract

예쁜꼬마선충인 Caenorhabditis elegans는 흙에서 박테리아를 먹고사는 선충류로서 간단한 행동패턴을 보이며 302개의 뉴런을 가지고 있어 신경구조계가 간단하다는 점 때문에 행동연구에 많이 이용되고 있다. 또한 C. elegans는 간단한 신경세포를 가짐에도 불구하고 고등동물의 세포를 구성하는 분자적 구조물들 대부분이 존재하고 있다고 알려져 있고 약 40%가 유사하여 그 연구에 더 중요성이 강조되고 있다. 실험실에서는 대부분 아가 플레이트를 이용하여 선충을 연구하는데 이것은 실제 C. elegans의 사는 환경과 매우 다르며 주화성 연구를 위한 농도 조절을 하는 데에 한계가 있을 뿐 아니라 움직이는 선충으로부터 현미경을 이용한 고배율 관찰시 원하는 signal을 얻는 데에 어려움이 있다. 그러므로 C. elegans의 행동연구를 위한 장치의 개발이 요구되어져 왔다. Chapter 2와 Chapter 3에서 소개하는 장치들은 미세유체소자를 이용하여 아가 플레이트에서 관찰 할 수 없었던 선충의 행동연구를 좀 더 구체적으로 진행할 수 있었는데, 한천으로 제작된 구조물들을 이용하여 예쁜 꼬마선충의 수영을 정량적으로 측정함으로써 기계적 자극을 예쁜 꼬마선충이 어떻게 감지하는지 알 수 있었으며 이것은 물리적 자극에 한계가 있는 돌연변이들을 검출하는 데에 사용되었다. 또한 화학적 자극과 기계적 자극에 반응하여 보여주는 행동들을 정량적으로 분석할 수 있는 플랫폼을 만들어 안정적인 농도구배를 생성하는 미세유체소자에서 C. elegans가 화학물질을 센싱 하는 능력을 정량적으로 측정하였으며 기존의 분석방법 보다 민감도가 증가한 결과를 얻을 수 있었다.;Caenorhabditis elegans (C. elegans) is a soil dwelling nematode. With a nervous system of 302 neurons the worm is a powerful model organism for pursuing research in developmental biology and neurology. In the laboratory, agar plate is most commonly used to C. elegans research. However agar surface is very different from the habitats, difficult to control solute or odorant concentration and incompatible with the high-magnification. Thus new C. elegans behavioral device would be required. In chapter2 and chapter3 it is shown microfluidic fabricated devices was facilitating C. elegans behavior research. Agar micro post array can quantitative analysis worm's swimming. These results show that the microstructure can be used as a behavioral screen form mechanosensory and uncoordinated mutants. And enhancing motion of C. elegans with controllability of generating a chemical gradient the microfluidic device enable to observe and analyze a worm’s highly sensitive chemotactic response.