近年來，三維細(xì)胞培養(yǎng)在模擬體內(nèi)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與微環(huán)境之間的相互作用方面取得了不錯(cuò)的技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)一步鞏固了其在組織工程領(lǐng)域的重要地位。而細(xì)胞微載體，作為一種新型的適用于細(xì)胞三維培養(yǎng)的仿生平臺(tái)，它為細(xì)胞的包裹以及細(xì)胞球聚體的形成提供了三維的生物材料支架。光刻、微模板、電噴、微流控等方法都可用于細(xì)胞微載體的制備。其中，微流控方法制備細(xì)胞微載體具有單分散性高、尺寸控制精準(zhǔn)、高通量、細(xì)胞微環(huán)境可控等優(yōu)點(diǎn)，是一種相當(dāng)具有前景的三維細(xì)胞包裹技術(shù)。

然而，由于缺少有效的營(yíng)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?？臻g各向異性或異質(zhì)的組織在生物體內(nèi)普遍存在，其對(duì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充分交換值得期待。

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(dòng)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(dòng)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(yíng)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。

1.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。

2.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(zhǎng)（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。

3.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(dòng)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。

4.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。

5.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。

6.大孔微載體與實(shí)心微載體對(duì)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。

7.兩組分微載體在細(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。

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(dòng)大孔微載體的微纖維的途徑。與佛珠可從手串繩子上滑動(dòng)、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(dòng)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(yíng)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。（文章來源：材料牛 本導(dǎo)讀由文章第一作者王潔供稿，材料人編輯部特邀編輯、《Science China Materials》實(shí)習(xí)編輯吳禹翰整理、校對(duì)、發(fā)布。 轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系刪除）