Nature子刊：新型3D微凝胶细胞培养技术

　　

生物通报道：在2014年2月25日的《Nature Communications》杂志上，加拿大多伦多大学的研究人员报道了一种令人兴奋的新型数字化微流体平台，可产生三维化的细胞培养物。这种工具可让我们更经济合算地在三维微凝胶中研究细胞，可能是未来个性化医疗应用的关键。

    本文的第一作者Irwin A. Eydelnant最近刚刚从多伦多大学生物材料和生物医学工程研究所（IBBME，Institute of Biomaterials & Biomedical Engineering）博士毕业，他指出：“我们已经知道，微环境对细胞命运有很大的影响。本研究的重要组成部分是，所开发的这种工具，可使我们探究细胞对其3D环境的敏感性。”

    本文作者的通讯作者、多伦多大学Aaron Wheeler教授称：“每个人都想做3D细胞培养，与标准的2D平面细胞培养格式相比，以3D细胞培养方式生长的细胞，与生命系统具有更多的相似之处。”

    因为更加自然，所以3D细胞培养物是一个挑战。目前所用的试剂很昂贵，材料不便于自动化，在重复处理后3D矩阵会分解。

    Eydelnant通过调整Wheeler实验室首先创建的一种数字微流平台，解决了这些困难。细胞陷入一种水凝胶材料中，轻轻地流经屏幕上的一块小领域，看上去像一块小棋盘。他们战略性地用一个小电场操纵细胞，这个小电场由铟做成并固定，穿过系统顶板上的一块排气阀形状。

    当研究人员在这些微凝胶上培养肾细胞时，在四到五天时间内，细胞培养物形成了类似于原始肾脏的空心球体结构。

    这一工具适用于大量的不同种类的细胞，这些细胞可被合并成微环境的形状和大小（古怪的形状，像星星、钻石和幸运符圈圈），或者可以被设计成模拟活体3D小生境，可使研究人员深入了解这些因素如何影响细胞命运决定。

    根据Eydelnant介绍，更重要的一点是，该平台可让研究人员同时自动运行32个实验，所有实验都在一张信用卡大小的平台上进行。

    这一新型系统可允许子微升的三维凝胶免提装置。每个凝胶都可单独访问，与宏观尺度替代品相比，流体交换更加温和，可减少超过100倍的试剂使用。

    研究人员相信，这一新工具将使细胞生物学研究中的三维细胞培养成为一种更具吸引力和更易接近的方式。
虽然研究人员可以预见这种平台的许多可能的应用，但他们特别兴奋的是其个性化医学的潜力。Wheeler认为，我们或许可以收集患者的小组织样本，将它们分布到数字微流装置中的3D凝胶中，筛选条件以确定个性化治疗方法。虽然目前正处于梦想阶段，但是他们认为，这种方法对于未来这种类型的应用还是很有用的。（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Microgels on-demand
Abstract：Three-dimensional (3D) hydrogel structures are finding use in fundamental studies of self-assembly, rheology, and 3D cell culture. Most techniques for 3D hydrogel formation are ‘single pot’, in which gels are not addressable after formation. For many applications, it would be useful to be able to form arrays of gels bearing mixtures of constituents and/or formed from composites of different gel materials. Here, in response to this challenge, we introduce a digital microfluidic method for ‘on-demand’ formation of arrays of microgels bearing arbitrary contents and shapes. On formation of the gels, each microgel is individually addressable for reagent delivery and analysis. We demonstrate the utility of the method for 3D cell culture and higher-order tissue formation by implementing the first sub-microlitre recapitulation of 3D kidney epithelialization. We anticipate this platform will enable new research that can exploit the flexible nature of this technique for forming and addressing arrays of hydrogels with unique geometries and contents.