研究體外個(gè)體細(xì)胞的常規(guī)方法包括“捕獲”并在稱為微凝膠的微小水凝膠液滴中培養(yǎng)它們。然而，直到最近，所有在這種受控條件下長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)單個(gè)細(xì)胞的嘗試都失敗了，因?yàn)榧?xì)胞在幾天內(nèi)從微凝膠中逃逸出來(lái)。到目前為止，這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)極大地限制了這種有前景的技術(shù)的潛在應(yīng)用范圍。

特文特大學(xué)MIRA研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)逃逸的細(xì)胞幾乎總是位于微凝膠的邊緣。他們使用高速攝像機(jī)發(fā)現(xiàn)這是由于目前的生產(chǎn)方法。他們通過(guò)開(kāi)發(fā)一種芯片來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，該芯片捕獲微凝膠中心的細(xì)胞。這種方法不僅可以防止細(xì)胞逃逸，還可以使細(xì)胞存活率達(dá)到90%以上至少28天。根據(jù)特溫特大學(xué)的研究科學(xué)家Tom Kamperman(他即將捍衛(wèi)他關(guān)于這一主題的博士論文)，這種創(chuàng)新方法是朝著例如改進(jìn)的干細(xì)胞療法或復(fù)雜組織工程邁出的重要一步。

方法

水凝膠主要由水溶脹的聚合物網(wǎng)絡(luò)組成。其結(jié)構(gòu)類似于天然組織，這使得水凝膠非常適合3-D細(xì)胞培養(yǎng)?？梢允褂美鏤V光或?qū)⒏鱾€(gè)聚合物交聯(lián)在一起的酶來(lái)產(chǎn)生水凝膠。特溫特大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，在液滴仍然形成的同時(shí)，不是交聯(lián)聚合物，而是在此之后觸發(fā)這一過(guò)程，這種技術(shù)稱為“延遲凝膠化”。這允許細(xì)胞重新定位到水凝膠前體液滴的中心，該液滴還含有聚合物和酶。在細(xì)胞定中后，液滴暴露于過(guò)氧化氫，過(guò)氧化氫將它們轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的微凝膠。

應(yīng)用

細(xì)胞具有個(gè)性。即使在同一組織內(nèi)，每個(gè)細(xì)胞對(duì)其環(huán)境的影響也會(huì)有不同的反應(yīng)。新芯片使單個(gè)細(xì)胞(例如干細(xì)胞)能夠在自然的3-D環(huán)境中分離和培養(yǎng)很長(zhǎng)一段時(shí)間。這使研究人員能夠測(cè)試新藥對(duì)個(gè)體細(xì)胞的影響，從根本上研究疾病，并使細(xì)胞療法更有效。在本研究中，特溫特大學(xué)的研究人員表明，通過(guò)改變微凝膠的組成，他們可以將個(gè)體干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為特定的細(xì)胞類型，如骨骼或脂肪細(xì)胞。

正如特溫特大學(xué)的研究人員在他們今年早些時(shí)候發(fā)表的一篇論文中所表明的那樣，微凝膠也可以用作打印具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組織的構(gòu)件。

使用新芯片，每秒可以產(chǎn)生數(shù)百個(gè)微凝膠，每個(gè)微凝膠包含一個(gè)單獨(dú)的細(xì)胞。雖然這看起來(lái)很快，但對(duì)于許多臨床應(yīng)用來(lái)說(shuō)仍然太慢。Kamperman指出，“我們目前正在測(cè)試一種改進(jìn)的原型，其生產(chǎn)速度要快一千倍。這最終將使這種微凝膠技術(shù)得以臨床轉(zhuǎn)化。”