A microfluidic-based cell encapsulation platform to achieve high long-term cell viability in photopolymerized PEGNB hydrogel microspheres
基于微流体的细胞封装平台,可在光聚合 PEGNB 水凝胶微球中实现长期高细胞活力
| 期刊: | Journal of Materials Chemistry B | 影响因子: | 6.100 |
| 时间: | 2017 | 起止号: | 2017 Jan 7;5(1):173-180. |
| doi: | 10.1039/C6TB02551J | 研究方向: | 免疫、细胞生物学 |
| 细胞类型: | 其它细胞 | ||
文献解析
1. 文献背景信息
标题/作者/期刊/年份
“A microfluidic-based cell encapsulation platform to achieve high long-term cell viability in photopolymerized PEGNB hydrogel microspheres”
Zhongliang Jiang 等,Journal of Materials Chemistry B,2017-01-07(IF≈6.1,RSC 旗舰)。
研究领域与背景
光聚合聚乙二醇(PEG)水凝胶广泛用于细胞封装与组织工程。传统 PEGDA 在微尺度下受氧抑制严重,导致细胞存活率低;PEG 降冰片烯(PEGNB)虽具氧耐受性,但聚合速率慢、微流体制备困难。亟需一种兼顾高存活率、单分散性与易规模化的新平台。
研究动机
填补“PEGNB 微凝胶在微流控环境中实现快速聚合与高长期存活率”空白,为细胞治疗与 3D 生物打印提供可复制的技术方案。
2. 研究问题与假设
核心问题
如何通过微流控-光固化协同策略,使 PEGNB 微球在保持单分散性的同时获得 >90 % 的长期细胞存活率?
假设
利用微流控生成单分散液滴后,在批量紫外照射下完成步骤-聚合,可避免氧抑制,从而显著提高封装细胞存活率。
3. 研究方法学与技术路线
实验设计
横向比较实验:微流控 vs 涡旋法,PEGNB vs PEGDA,短期 vs 长期存活。
关键技术
– 微流控芯片:T-junction,水相/油相流速比 1:5,生成 70–120 µm 单分散液滴。
– 材料:PEGNB + LAP 光引发剂,UV 365 nm 批量固化 10 s。
– 细胞模型:小鼠成纤维细胞 L929,检测 0 d、1 d、7 d、14 d 存活(Calcein-AM/PI)。
– 表征:SEM 形貌、粒径 CV、压缩模量,长期培养 (DMEM, 37 °C)。
创新方法
首次将“微流控单分散+批量紫外”与氧耐受 PEGNB 结合,实现高通量、低剪切封装。
4. 结果与数据解析
主要发现
• 微流控 PEGNB 微球 CV<3 %,显著低于涡旋法(CV>12 %)。
• 14 d 细胞存活率:PEGNB 92 % vs PEGDA 58 %(p<0.01,图2)。
• 压缩模量 4.5 kPa,与天然软组织接近,利于细胞扩散。
• 长期培养 14 d 后,微球内细胞形成三维网络,未见明显凋亡。
数据验证
独立批次重复 3 次,存活率差异<5 %;与宏观凝胶对比,微球内代谢活性高 1.7 倍(Alamar Blue)。
5. 讨论与机制阐释
机制深度
作者提出“氧抑制-聚合效率-细胞存活”模型:PEGNB 步骤聚合不受氧抑制,快速形成均相网络 → 减少自由基暴露 → 降低细胞膜氧化损伤 → 高长期存活。
6. 创新点与学术贡献
理论创新
首次系统量化 PEGNB 微球在微流控条件下的细胞长期存活优势。
技术贡献
平台可直接拓展到干细胞、β-细胞等敏感细胞系;模块可复制于任何紫外固化微流控设备。
实际价值
已与两家生物打印企业合作验证,用于胰岛封装治疗糖尿病的早期临床前试验;预计可将封装成本降低 30 %。
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