近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所微流控芯片研究組研究員秦建華團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)功能類器官可控負(fù)載與培育研究方面取得新進(jìn)展，建立了一種基于雙水相液滴微流控系統(tǒng)的雜合水凝膠微囊可控制備新體系，可高通量產(chǎn)生干細(xì)胞來源胰島類器官，并利于降低其變異性。

類器官（organoids）是近年來新興的體外3D器官模型，被認(rèn)為是生命科學(xué)領(lǐng)域的重大技術(shù)突破。類器官指的是一種在體外培育，由干細(xì)胞通過自組裝方式形成的多細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)，其中包含多種組織器官特異性的細(xì)胞類型，能夠部分模擬來源組織或器官的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和功能，為發(fā)育生物學(xué)、疾病研究、藥物篩選和再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供一種新的研究工具。目前，類器官的產(chǎn)生主要依賴于干細(xì)胞（PSCs或ASCs等）在特定3D基質(zhì)微環(huán)境中通過細(xì)胞分序、空間限制的定向分化來進(jìn)行自我組裝。由于類器官形成過程涉及多步操作，過程比較繁瑣，特別是3D培養(yǎng)基質(zhì)多為動物來源（通常為Matrigel），其成分復(fù)雜、理化性質(zhì)不確定，往往導(dǎo)致類器官在形態(tài)、組成和功能等方面表現(xiàn)出較高的可變性，在很大程度上影響類器官的質(zhì)量和高通量可控產(chǎn)生，也制約其廣泛應(yīng)用。

近年來，隨著生物材料的快速發(fā)展，以水凝膠為代表的生物材料具有生物相容性好、理化性質(zhì)可調(diào)、可模擬體內(nèi)組織微環(huán)境等特點(diǎn)，為在體外構(gòu)建性能穩(wěn)定和更高可信度的類器官模型提供了新思路。在本研究中，秦建華團(tuán)隊(duì)將工程學(xué)、材料學(xué)與干細(xì)胞發(fā)育學(xué)策略相結(jié)合，設(shè)計并建立了一種基于雙水相液滴微流控技術(shù)的雜合水凝膠微囊材料的新體系，并嘗試用于人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(hipsC)衍生胰島細(xì)胞的3D培育、組裝和胰島類器官形成。在該項(xiàng)工作中，研究者設(shè)計構(gòu)建了一種可集成氣動泵閥操控的微流控芯片系統(tǒng)，利用“一步法”可控形成高通量的“水包水”液滴，進(jìn)一步經(jīng)過界面靜電絡(luò)合反應(yīng)，產(chǎn)生出大量可負(fù)載細(xì)胞的海藻酸鈉（NaA）-殼聚糖（CS）雜合微囊。這種微囊制備過程簡單，生物相容性高，具有靈活可控和高通量等特點(diǎn)，有利于大量胰島類器官的組裝、負(fù)載、分化和培育。由于微囊中細(xì)胞負(fù)載數(shù)量可控，產(chǎn)生的胰島類器官形態(tài)大小比較均一，可顯著降低類器官形成中的變異性，并提升其重復(fù)性。經(jīng)過鑒定，該微囊中形成的胰島類器官呈現(xiàn)較好的細(xì)胞活性和糖刺激胰島素分泌功能，體現(xiàn)了這種新型雜合微囊體系用于工程化功能類器官的可行性。這種微囊制備體系尺寸靈活可調(diào)，還可延伸用于培育其他類型的類器官，并可作為免疫隔離載體，在體內(nèi)移植和再生醫(yī)學(xué)等方面具有重要應(yīng)用潛力。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《尖端科學(xué)》（Advanced Science）上。上述工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“器官重建與制造”和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等的支持。(生物谷Bioon.com）

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