微流控制備仿佛珠微載體用于細(xì)胞培養(yǎng)研究

 

　　然而，由于缺少有效的營養(yǎng)交換途徑，絕大多數(shù)的細(xì)胞微載體尺寸都限制在一定范圍內(nèi)，以避免載體內(nèi)部細(xì)胞的壞死。此外，傳統(tǒng)的細(xì)胞微載體只能夠?yàn)榧?xì)胞提供均一的微環(huán)境，而體內(nèi)的細(xì)胞分布是十分復(fù)雜的。空間各向異性或異質(zhì)的組織在生物體內(nèi)普遍存在，其對保持生物體的生理功能具有重要意義。因此，賦予微載體更多復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和功能，并且實(shí)現(xiàn)氧氣營養(yǎng)物質(zhì)充分交換值得期待。

 

　　【成果簡介】

 

　　近日，東南大學(xué)趙遠(yuǎn)錦教授課題組在Science China Materials上發(fā)表了一篇題為Microfluidic generation of Buddha beads-like microcarriers for cell culture的封面文章。文中報(bào)道了一種受佛珠手串中佛珠可以在繩子上自由滑動這一特殊結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，利用毛細(xì)管陣列微流控技術(shù)制備的具有可控大孔微結(jié)構(gòu)的新型異質(zhì)細(xì)胞微載體，用于細(xì)胞三維培養(yǎng)研究。仿佛珠微載體的構(gòu)建首先需要通過海藻酸鈉與鈣離子的快速凝膠化形成海藻酸鈣纖維，隨即在纖維上包覆可聚合的細(xì)胞預(yù)聚溶液，通過流體的剪切實(shí)現(xiàn)溶液乳化并將其固化聚合，從而獲得串有可以自由滑動的微載體的纖維串。纖維上釋放的微載體中間的大孔結(jié)構(gòu)的尺寸高度可控，這一特點(diǎn)在微載體用于細(xì)胞三維培養(yǎng)中具有重要意義，因?yàn)槲⑤d體中間的大孔結(jié)構(gòu)能夠有效保證載體內(nèi)部細(xì)胞氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)的充分交換，減少細(xì)胞壞死。此外，通過將多種細(xì)胞預(yù)聚溶液引入微流控通道中，還可以獲得具有多組分異質(zhì)結(jié)構(gòu)的細(xì)胞微載體，從而有望實(shí)現(xiàn)體內(nèi)復(fù)雜的組織器官結(jié)構(gòu)與功能的模擬。

 

　　【圖文導(dǎo)讀】

 

　　圖一：受佛珠啟發(fā)的大孔微載體微流控制備示意圖

 

　　

 

 

 

　　圖1.(a)佛珠手串;

 

　　(b)毛細(xì)管陣列微流控技術(shù)制備大孔微載體。

 

　　圖二：大孔微載體的可控制備

 

　　

 

 

 

　　圖2.(a)尺寸可控的包覆有液滴的微纖維實(shí)時(shí)微流控生成圖;

 

　　(b-d)液滴短軸長(紅點(diǎn))和纖維直徑(藍(lán)點(diǎn))與內(nèi)相(F1)、中間相(F2)和外相(F3)流速的關(guān)系。

 

　　圖三：微纖維表征

 

　　

 

 

 

　　圖3. 微纖維的(a-c)共聚焦圖片和(d)電鏡圖表征;

 

　　(e-f)利用微載體在纖維上可滑動的特性所展示的同一組微纖維上的載體分散、堆疊狀態(tài)下的光鏡圖。

 

　　圖四：微載體表征

 

　　

 

 

 

　　圖4.(a-c)大孔微載體的光鏡、共聚焦以及電鏡圖表征;

 

　　(d-f)大孔微載體橫截面的光鏡、共聚焦以及電鏡圖表征。

 

　　圖五：多組分微載體的微流控制備示意圖和共聚焦表征

 

　　

 

 

 

　　圖5.(a)兩組分，(b)三組分和(c)六組分的微載體的微流控制備示意圖和共聚焦表征。

 

　　圖六：大孔微載體與實(shí)心微載體對包裹的細(xì)胞活性的比較

 

　　

 

 

 

　　圖6.(a)實(shí)心微載體以及(b)大孔微載體培養(yǎng)七天的細(xì)胞活死染;

 

　　(c)實(shí)心微載體以及大孔微載體MTT表征。

 

　　圖七：兩組分微載體在細(xì)胞共培養(yǎng)方面的研究

 

　　

 

 

 

　　圖7.(a-d)一組分和兩組分的大孔微載體的光鏡和共聚焦表征;

 

　　(e)微載體的白蛋白分泌;

 

　　(f)微載體的尿素合成。

 

　　【小結(jié)】

 

　　本研究提出了一種利用毛細(xì)管陣列微流控技術(shù)連續(xù)制備串有可移動大孔微載體的微纖維的途徑。與佛珠可從手串繩子上滑動、脫落這一特點(diǎn)類似，微載體可以從微纖維上剝離且不破壞載體結(jié)構(gòu)，這得益于微載體在纖維上的可移動性。通過調(diào)節(jié)微流控流體的各相流速，微載體及其內(nèi)部的大孔尺寸高度可控;這保證了細(xì)胞包裹和培養(yǎng)過程中的氧氣營養(yǎng)物質(zhì)的充分交換。此外，通過將多種細(xì)胞預(yù)聚溶液引入微流控通道中，還可以獲得具有多組分異質(zhì)結(jié)構(gòu)的細(xì)胞微載體;在微載體中將肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞與成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)，可以觀察到肝臟特異性功能的高水平表達(dá)，進(jìn)一步論證了微載體的優(yōu)越性。因此，研究人員認(rèn)為，這些載有細(xì)胞的微載體可以用作生物體中的生物模型甚至是更為復(fù)雜的多組織研究，有望實(shí)現(xiàn)人體較大器官網(wǎng)絡(luò)行為的模擬研究。