微液滴操纵在生物过程中的应用

微流控芯片

体外实体瘤模型是癌症研究和药物筛选的重要工具。多细胞肿瘤球状体（MCTS）是一种具有生理相关性的三维细胞培养模型，表现出类似实体瘤的结构、代谢和耐药性特征。为了推动其在生物医学研究中的应用，具备高通量、广泛的细胞种类适用性、批次间一致性、以及构建复杂球体能力的MCTS制造技术尚有待开发。

近日，清华大学林金明研究团队提出了一种新型的多细胞肿瘤球状体制备方法，利用微流控液滴技术和细胞膜工程技术对制造过程进行严格控制，制造了具有高度批次间一致性的、可定制的肿瘤模型。该成果以“Multidimensional controllable fabrication of tumor spheroids based on a microfluidic device”为题，发表在英国皇家化学会期刊Lab on a Chip上。

该工作通过生物素和链霉亲和之间的化学相互作用在微流控芯片内实现快速的细胞聚集，同时利用液滴微流控技术构建均匀的载细胞微胶囊。通过流速控制可以精准的调节微胶囊以及细胞聚集体的大小，进而对MCTS的尺寸和成分进行调节。

研究表明，通过细胞膜上的生物素和链霉亲和素修饰提供的平均化的细胞黏附力，能够提供更高的早期细胞活性，并促进多种不同种类的癌细胞 （HCT116、HepG2、A549）以及不同大小的MCTS在趋近的生长周期形成。也可以获得设定细胞比例的，且细胞分布和组成均匀的复合载细胞微胶囊，进而形成具有质量一致性的复合MCTS。

对生产的MCTS进行了代谢水平和耐药性的表征。结果表明，与成纤维细胞NIH3T3共培养的HCT116结肠癌肿瘤模型在5天的培养内所分泌的血管内皮生长因子（VEGF）持续高于单独培养的结肠癌肿瘤模型。此外，完整性和组成不同的MCTS对于化疗药物5-氟尿嘧啶（5-FU）有所不同。其中，完整性更高的和共培养的结肠癌模型表现出更高的5-FU耐药性。

综上所述，这种具有高通量、细胞种类通用性和可调节的MCTS制造技术为癌症研究和药物筛选中产生一致的和可定制的实体瘤模型提供了基础。

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