為了攻克各種疾病，科學(xué)家們不僅使用動物模型，還試圖復(fù)制和重建人體器官。近年來，類器官材料逐漸進(jìn)入人們的視野，成為研究的熱點之一。基于人的活細(xì)胞和生理相關(guān)微環(huán)境的集成，類器官芯片可以模擬器官水平的功能，這些功能對于生理穩(wěn)態(tài)和復(fù)雜疾病過程至關(guān)重要，有望補充和減少藥物相關(guān)的動物實驗工作。同時，類器官芯片也為體外檢測化學(xué)品、環(huán)境材料和消耗品的副作用提供了良好的平臺。因此，處理好細(xì)胞水平與芯片材料之間的關(guān)系，對于提高芯片的工作效率就顯得尤為重要。例如，用于單細(xì)胞分析的工程微流控芯片，用于分析脂質(zhì)抑制活性的脂肪細(xì)胞微細(xì)胞模式芯片，以及用于灌注細(xì)胞培養(yǎng)的重力誘導(dǎo)單向流動微流控芯片。其中，從復(fù)雜的組織環(huán)境或混合細(xì)胞群中篩選并獲得所需的靶細(xì)胞（包括稀有細(xì)胞），對于細(xì)胞分子生物學(xué)基礎(chǔ)研究、干細(xì)胞在臨床治療中的應(yīng)用以及包括癌癥在內(nèi)的多種疾病的診斷具有重要意義。由于傳統(tǒng)物理方法對細(xì)胞的損傷較大，且目前商用的分選儀器和磁性活細(xì)胞分選技術(shù)耗時長、成本高、步驟繁瑣且需要專業(yè)技術(shù)人員操作，也會對細(xì)胞造成一定的損害。因此，設(shè)計便于細(xì)胞分選和捕獲且保持細(xì)胞高活力的生物材料一直是生物醫(yī)學(xué)“智能”細(xì)胞培養(yǎng)應(yīng)用領(lǐng)域（如細(xì)胞治療和組織工程）的迫切需求。
近日，東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院葛麗芹教授課題組和具有多年微流控芯片制造經(jīng)驗的陳早早副教授合作，基于生物粘附/抗粘附原理，通過層層自組裝方法研制出了一種集自修復(fù)和抗氧化功能于一身的類器官生物涂層芯片，用于細(xì)胞分選、捕獲和按需釋放。這種微流控輔助的涂層芯片能維持高細(xì)胞活性。與上述方法相比，這種用于指導(dǎo)細(xì)胞行為的芯片具有快速、簡單、多功能單元自由組合等優(yōu)點，此設(shè)計方法為構(gòu)建可控功能性表面的生物相容性平臺提供了新思路。
圖1 用于細(xì)胞分選、捕獲和按需釋放的類器官生物涂層芯片（CPO芯片）的設(shè)計思路
在這項工作中，該課題組鑒于之前對增強細(xì)胞粘附涂層的研究結(jié)果，制備了兩種功能相反的涂層。增強粘附的涂層（CROD涂層）由RGD多肽改性的羧甲基殼聚糖/多巴胺接枝的氧化海藻酸制備，另一種抗粘附涂層（PANM涂層）主要由2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸化膽堿（MPC）組成，它是一種細(xì)胞膜上磷酸膽堿類似物，制備得到的涂層具有超強水性超潤滑作用。由于CROD涂層的動態(tài)共價鍵和PANM涂層的偶極電荷相互作用，CPO芯片具有很強的自修復(fù)能力（自修復(fù)效率達(dá)93.1%，圖1a）。此外，CPO芯片表現(xiàn)出了優(yōu)異且穩(wěn)定的抗氧化性能（圖1b）。在細(xì)胞分選方面，在CPO芯片上成功分離NCL-H460腫瘤細(xì)胞、HL-60細(xì)胞等（圖1d）。通過CPO芯片實現(xiàn)NHDF、C2C12和NCL-H460等細(xì)胞的細(xì)胞捕獲（圖1c）。且與CPO芯片結(jié)合的細(xì)胞在氨基酸觸發(fā)下能夠被按需可控釋放（圖1e）。值得注意的是，從CPO芯片釋放的細(xì)胞具有較高的生存活力和增殖能力。因此，作為一種細(xì)胞行為指導(dǎo)性的生物材料，CPO芯片具有細(xì)胞分選、捕獲和按需釋放的特性，在基礎(chǔ)研究和醫(yī)療器械發(fā)展方面具有很高的潛力。
該研究論文“A self-healing, antioxidative organoid-chip for cell sorting, capture and release-on-demand”于2021年3月在國際頂級期刊《Chemical Engineering Journal》發(fā)表。
文獻(xiàn)鏈接：R. Yuan, D. You, J. Wang, Z. Chen, L. Ge, A self-healing, antioxidative organoid-chip for cell sorting, capture and release-on-demand, Chem. Eng. J. 417 (2021) 129182.
DOI: 10.1016/j.cej.2021.129182
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721007737
