微流控技術是一種通過微小的通道和微型裝置對流體進行精確操控和分析的技術。它是現代醫學技術發展過程中的一種重要的生物醫學工程技術，具有廣泛的應用前景和重要性。它在高通量分析、個性化醫療、細胞篩選等方面有著巨大的潛力，Aigtek安泰電子今天就將爲大家分享一篇微流控領域研究成果，一起接著往下看吧~

　　爲了滿足心髒再生醫學的需求，需要在可擴展的懸浮培養系統中對人誘導多能幹細胞(hiPSCs)直接進行誘導分化，生成工程心髒組織。來自AuburnUniversity的ElizabethA.Lipke教授團隊直接對水凝膠封裝的hiPSCs進行誘導分化，制備了功能性心髒組織微球。這種心髒組織微球在生物制造、多孔板藥物篩選和基于注射的再生治療中具有巨大的應用前景

　　研究者采用改進的微流控技術，通過微流控細胞包封系統快速制備均勻的球形水凝膠。在該系統中，含有細胞的前體水溶液通過微流控裝置的頂部入口泵入，礦物油通過裝置的底部進口泵入，兩個入口水流在裝置t形路口彙合。微球通過乳化形成，並通過垂直的出口通道進行光交聯，並用培養基進行收集。封裝後，hiPSCs密度高且形態完整。每分鍾大約生産45個hiPSCs微球，並嚴格控制尺寸和圓度。hiPSCs微球在心髒分化開始前繼續增殖和生長。包封後，細胞首先在原來的水凝膠邊界內生長，保持最初的微球直徑。通過免疫熒光標記冰凍切片的細胞核，可見整個微球中細胞密度很高。（圖1）

　　圖1心髒組織微球的生産

　　心髒分化開始後，細胞先在微球邊界內生長，然後在微球邊界外生長，産生密度更大、圓度更小的組織。對于兩種不同的hiPSCs，XTT檢測結果證實第1天的代謝活性高于第2天。並且活細胞和增殖細胞數量增加。通過對細胞微球分化前和分化過程中的剛度進行評估後發現，該微球爲細胞在分化過程中提供了更加生理的微環境。這種暫時的組織硬度增加伴隨著細胞形態的變化，從第0天的圓形細胞集落到分化後的伸長細胞，表明心髒分化。（圖2）

　　圖2充滿細胞的微球生長形成統一的組織

　　懸浮培養的微球在分化第8天開始自發收縮。從第0天(分化起始），到第12天，心髒分化過程中細胞密度增加。通過心髒標記物、心肌肌鈣蛋白T(cTnT)、α-肌動蛋白(αSA)和功能蛋白Cx43的免疫染色，觀察整個微球和切片的CM分布和形態。結果發現在心髒分化過程中，多能性基因Oct4的表達下降。從第10天到第30天，心室CM基因MLC2v和心髒基因βMHC的表達顯著增加。這些結果與CM發育和成熟過程中的表達模式一致。αMHC的表達從第10天到第20天增加，然後從第20天到第30天下降，此外，第10、20和30天心髒微球的功能間隙連接蛋白Cx43表達相似。（圖3）

　　圖33D心髒微球分化使CM産量高，批次間重現性好，基因表達適宜

　　隨著培養時間的延長，包裹細胞的微球分化爲成熟的心髒組織。通過對培養一年以上的微球連續冰凍切片的檢查，根據αSA陽性表達，心肌細胞存在于整個心髒組織微球中。ECT微球分泌細胞外基質(ECM)，心髒微球切片Masson三色染色顯示，從第28天到第98天，整個微球和周圍邊緣的膠原沈積增加。心髒微球的某些部分含有高度組織結構和排列的細胞，類似天然的心髒組織結構。掃描電鏡顯示微球表面光滑，顯示心髒分化過程中基質的細胞重構。

　　圖4工程心髒組織微球表現出成熟細胞的特征

　　爲了成功地將工程心髒組織應用到再生醫學和藥物篩選，研究者使用多極陣列(MEA)評估了20天工程心髒微球對藥理學刺激的反應以及工程心髒微球對電起搏的反應。結果發現工程心髒能夠在MEA和光學測圖平台上對藥物治療和電起搏産生適當反應，以及不斷增加的收縮和松弛速度，表明在工程心髒組織微球內産生的心肌細胞的功能。

　　圖5微球CMs對藥理學和電刺激反應表明功能

　　綜上所述，在本研究中，研究者使用定制的微流控系統將hiPSCs快速封裝在PEG-纖維蛋白中，以産生大小和形狀均勻的微球，具有高細胞活力，並保持增殖和多能表型。這些hiPSC微球隨後分化爲具有高CM産量的功能性工程心髒組織微球，對外界電和藥理學刺激有適當的反應，並可在長期培養中維持自發收縮。該方法能以自動化和可擴展的方式制造用于臨床轉化和高通量藥物測試應用的工功能化載hiPSCs微球，這對未來的細胞治療應用是必要的。

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　　ATA-7050電壓放大器參數

　　PS：论文原文Engineered cardiac tissue microsphere production through direct differentiation of hydrogel-encapsulated human pluripotent stem cells发表于杂志Biomaterials上。

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