中国学者最新文章：基于微流控芯片的细胞迁移

　　细胞迁移在血管再生、伤口愈合、炎症反应、胚胎发育等多种生理和病理过程中起到关键作用. 细胞迁移研究中, 传统的研究方法无法满足高通量的需求, 且大多是单因素检测, 难以综合考虑细胞基质、浓度梯度等多参数对细胞迁移的影响.

　　微流控芯片分析是当前的科技前沿领域之一, 其作为细胞迁移研究新的技术平台, 一方面具有集成度高、灵敏度高、高通量、试剂消耗少等优势, 快速实现大规模分析； 另一方面芯片中微米级的通道结构可精确控制物质浓度梯度和微流体, 调节溶液温度和pH等细胞微环境要素, 更真实模拟细胞体内生长微环境, 并完成实时监测. 微流控芯片已经被广泛应用于细胞迁移研究, 其模型分为二维(2D)和三维(3D)2大类, 分别从平面培养和立体生长的角度, 研究不同因子浓度梯度、电刺激或细胞间相互作用等条件对细胞迁移行为的影响,打破了传统方法的局限性, 促进了生物及医学等领域的研究.

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　　近期来自中国科学院的研究人员介绍了微流控芯片在细胞迁移研究中应用的最新进展, 重点综述了研究细胞迁移的2D和3D微流控芯片, 并讨论了各类微流控芯片的优缺点.

　　文章指出，微流控芯片特有的网格式通道结构、微米级尺寸、以及可同时在时间和空间上精确控制微流体等特点有利于更好模拟细胞体内真实生理环境.

　　在单层伤口愈合类细胞迁移研究中, 胰蛋白酶消化法芯片结构简单, 操作相对容易, 伤口边缘细胞损伤小, 残留细胞碎片少, 提高了细胞伤口的可控性和重复性, 便于动态观察研究, 在近期取得了较大发展, 有望成为细胞伤口愈合研究的标准化主流模型之一； 电刺激形成的伤口模型, 具有可塑性高、自动化等优势, 尤其是与ECIS技术结合的无标记性检测, 外部条件干扰少, 但在制作成本方面存在困难； 阻隔法对伤口细胞刺激小, 但一般结构复杂、操作不易, 制作和应用技术还不够成熟. 随着制作成本和技术的发展和成熟, 结合脉冲电压及阻隔法形成细胞伤口愈合模型的微流控芯片有可能给受伤后细胞迁移研究提供更多选择.

　　在2D无伤口类细胞趋化和趋电运动研究中, 微流控芯片可精确控制2D的腔室内物质的线性、抛物线性和周期性浓度梯度； 通过组合微通道实现多因素浓度梯度控制, 可灵活设计的芯片结构增加了细胞迁移研究方法的多样性, 为细胞迁移研究带来前所未有的发展. 然而2D微流控芯片存在一定局限性, 缺乏由细胞基质构成的立体支架, 使细胞间联系减弱、细胞与基质间相互作用丧失等. 采用琼脂糖或明胶等凝胶代替细胞外基质, 构建基于微流控芯片的3D细胞培养和细胞迁移模型更真实地模拟了细胞生长微环境, 已经成为新的研究热点. 这类3D微流控芯片在细胞迁移研究方面将具有更为广阔的发展空间, 有利于更准确地开展细胞生物学研究, 进而丰富生命科学领域的信息量, 但是3D介质材料的选择、结构的设计以及集成化检测都存在一定困难.

　　基于微流控芯片的细胞迁移模型推动了细胞迁移的研究进展, 随着微流控芯片技术的不断成熟, 更多形式的微流控芯片将会应用到细胞迁移研究中. 一方面, 芯片会趋向于集成化, 结合材料、化学、电子工程等不同学科优势, 将反应与检测集成到1张芯片, 实现多参数可控、高通量、自动化分析、以及对细胞迁移行为的精确控制； 另一方面, 采用3D基质, 设计合理结构的微流控芯片, 调整基质胶的硬度或选择不同生物材料、可溶性因子的梯度, 更真实地模拟细胞体内环境, 或构建组织、器官特异性的仿生芯片进一步推动细胞迁移研究.