加州大学洛杉矶分校：模块化微凝胶的高通量生产

来源： EngineeringForLife

迄今为止，用于生产形成微孔的单分散微凝胶结构单元的方法基本上受到其低通量和差的可扩展性的限制。这种限制为广泛采用该方法造成了障碍。通过实验，研究者们正在寻找一种生产方法既可维持微流体的精确尺寸控制，同时又允许将其规模扩大到更大的生产规模。

近期，加州大学洛杉矶分校生物工程系D.Di Carlo教授及其团队在Advanced Functional Materials杂志上发表了题为Scalable High-Throughput Production of Modular Microgels for In Situ Assembly of Microporous Tissue Scaffolds的文章，描述了一种以连续可扩展的高通量方式制造高度均一的微凝胶构建体的方法，从而能够为细胞和组织的生长形成高度模块化的微孔环境。

如图1，作者通过充分混合的生物活性水凝胶前体和交联剂在非反应pH值下注入到平行化步骤乳化装置中。,将有机碱以流动的方式添加到油相中以增加pH值并诱导交联。交联的微凝胶与油相分离并洗涤。将细胞溶液接种到微凝胶中，并通过K和Q肽之间的酶促反应原位共价连接在一起，形成载有细胞的微孔支架。

图1 微凝胶生产和原位支架形成

如图2，通过高速相机捕获微凝胶液滴形成过程，液滴的大小在大流量范围内是不变的。液滴生成器的最大通量受分散相中PEG浓度的影响最小。罗丹明-葡聚糖添加到凝胶前体中以进行可视化。在12小时内产生稳定、一致的液滴，粒径均匀。

图2 微凝胶液滴形成

液滴由水凝胶前体和交联剂溶液在非反应性pH值下形成的。三乙胺通过油相添加，并分配到液滴的水相中，以增加pH值并使交联剂上的巯基去质子化。去质子化的硫醇与多臂PEG上的乙烯基砜基反应。交联过程对液滴稳定性的影响极小，使得微凝胶的高度均匀性（涂3）。均匀的交联使得能够更好地定义独特的微凝胶构件的性质。这对于确保细胞培养和整合到模块化支架中的良好控制环境至关重要。

图3 微凝胶液滴交联方法及表征

如图4中丝状肌动蛋白染色图所示，微孔环境促进细胞扩散。较硬的微环境显示细胞扩散增加，并且连接的3D细胞网络更快形成。在纳米多孔支架中，细胞显示出更多的球形形态。

图4 增加的支架刚度可增强体外细胞增殖和网络形成

与以前的工作相比，本文的方法能够在较大的硬度范围内生产单分散微凝胶。证明了高硬度微孔环境中HDFs的增强增殖和扩散。更硬或更高度交联的微凝胶结构单元还可以实现更长的降解速率或药物释放曲线，以调节长期再生或细胞生态位的形成。利用这种方法的模块性，首次证明了原位形成具有不同机械性能的充满细胞的微多孔支架的形成。这种独特的方法可用于在体内创建刚度渐变，以增强干细胞募集以进行组织修复，或创建可用于复杂组织再生或研究癌症发生和进展的空间排列的组织微环境。

论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.201900071