加州大學洛杉磯分校：模塊化微凝膠的高通量生產(chǎn)

來源： EngineeringForLife

迄今為止，用于生產(chǎn)形成微孔的單分散微凝膠結(jié)構(gòu)單元的方法基本上受到其低通量和差的可擴展性的限制。這種限制為廣泛采用該方法造成了障礙。通過實驗，研究者們正在尋找一種生產(chǎn)方法既可維持微流體的精確尺寸控制，同時又允許將其規(guī)模擴大到更大的生產(chǎn)規(guī)模。

近期，加州大學洛杉磯分校生物工程系D.Di Carlo教授及其團隊在Advanced Functional Materials雜志上發(fā)表了題為Scalable High-Throughput Production of Modular Microgels for In Situ Assembly of Microporous Tissue Scaffolds的文章，描述了一種以連續(xù)可擴展的高通量方式制造高度均一的微凝膠構(gòu)建體的方法，從而能夠為細胞和組織的生長形成高度模塊化的微孔環(huán)境。

如圖1，作者通過充分混合的生物活性水凝膠前體和交聯(lián)劑在非反應(yīng)pH值下注入到平行化步驟乳化裝置中。,將有機堿以流動的方式添加到油相中以增加pH值并誘導(dǎo)交聯(lián)。交聯(lián)的微凝膠與油相分離并洗滌。將細胞溶液接種到微凝膠中，并通過K和Q肽之間的酶促反應(yīng)原位共價連接在一起，形成載有細胞的微孔支架。

圖1 微凝膠生產(chǎn)和原位支架形成

如圖2，通過高速相機捕獲微凝膠液滴形成過程，液滴的大小在大流量范圍內(nèi)是不變的。液滴生成器的最大通量受分散相中PEG濃度的影響最小。羅丹明-葡聚糖添加到凝膠前體中以進行可視化。在12小時內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定、一致的液滴，粒徑均勻。

圖2 微凝膠液滴形成

液滴由水凝膠前體和交聯(lián)劑溶液在非反應(yīng)性pH值下形成的。三乙胺通過油相添加，并分配到液滴的水相中，以增加pH值并使交聯(lián)劑上的巰基去質(zhì)子化。去質(zhì)子化的硫醇與多臂PEG上的乙烯基砜基反應(yīng)。交聯(lián)過程對液滴穩(wěn)定性的影響極小，使得微凝膠的高度均勻性（涂3）。均勻的交聯(lián)使得能夠更好地定義獨特的微凝膠構(gòu)件的性質(zhì)。這對于確保細胞培養(yǎng)和整合到模塊化支架中的良好控制環(huán)境至關(guān)重要。

圖3 微凝膠液滴交聯(lián)方法及表征

如圖4中絲狀肌動蛋白染色圖所示，微孔環(huán)境促進細胞擴散。較硬的微環(huán)境顯示細胞擴散增加，并且連接的3D細胞網(wǎng)絡(luò)更快形成。在納米多孔支架中，細胞顯示出更多的球形形態(tài)。

圖4 增加的支架剛度可增強體外細胞增殖和網(wǎng)絡(luò)形成

與以前的工作相比，本文的方法能夠在較大的硬度范圍內(nèi)生產(chǎn)單分散微凝膠。證明了高硬度微孔環(huán)境中HDFs的增強增殖和擴散。更硬或更高度交聯(lián)的微凝膠結(jié)構(gòu)單元還可以實現(xiàn)更長的降解速率或藥物釋放曲線，以調(diào)節(jié)長期再生或細胞生態(tài)位的形成。利用這種方法的模塊性，首次證明了原位形成具有不同機械性能的充滿細胞的微多孔支架的形成。這種獨特的方法可用于在體內(nèi)創(chuàng)建剛度漸變，以增強干細胞募集以進行組織修復(fù)，或創(chuàng)建可用于復(fù)雜組織再生或研究癌癥發(fā)生和進展的空間排列的組織微環(huán)境。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.201900071