ATA-7050高壓放大器在微流控芯片三維培養細胞并用于藥物毒性評價中的應用
本文將與大家分享，ATA-7050高壓放大器在微流控芯片三維培養細胞并用于藥物毒性評價中的應用，希望能對各位工程師有所幫助與啟發。
幾十年來，二維細胞培養已成為體外篩選藥物的主要培養方式。但是，由于二維培養出的細胞不具有特定的組織結構，通常需要使用三維細胞培養模型進行二次篩選。二維培養模式和三維培養模式在篩藥模型中各具有其優點，二維培養模式中，氧氣含量、養分和代謝廢物分布均勻，而三維培養模式中具有類器官的組織架構，細胞間以及細胞外基質之間能夠相互作用。
近期，赫爾辛基大學TiinaSikanen教授團隊設計了一種并行細胞培養的微流體裝置，結合二維培養和三維培養的優點，以二維（單層）和三維（橢球）的形式并排但分離的在完全相同的環境下培養細胞，用于藥物細胞毒性評估，相關研究成果發表在AFM期刊上。
研究人員設計的微流體裝置（如圖1）由有機改性的陶瓷材料制成，具有生物相容性并且無需任何額外的涂層即可實現細胞粘附，使用PDMS密封微流體平臺。微流體平臺包括兩套薄膜金電極，印刷在陶瓷材料基底上，通過阻抗光譜法促進了單層培養中的細胞生長和完整性監測。該平臺還包括三排凹形微孔，這些微孔具有排斥細胞、支持細胞粘附（二維細胞單層培養）和疏水表面（三維細胞培養容器）的特性。
圖1微流體并排二維和三維細胞培養設備及測定
為了誘導三維球體形成，研究人員使用單步光刻工藝來制造凹形微孔，該微孔通過納米功能化（例如，等離子體多孔化和疏水涂層）制成具有排斥細胞作用的微孔。因為微孔的凹形形狀，在微流體流動的情況下，產生的球狀體可以釋放出來，以便進行進一步表征。微流體平臺中微孔的深度和橫截面形狀由紫外線照射劑量控制，隨著紫外線劑量的增加，微孔截面形狀會從矩形變成圓形（如圖2）。
圖2微流體平臺微孔研究
接著，研究人員對微流體裝置上的細胞進行表征，通過阻抗譜測定出二維和三維細胞培養之間存在有效隔離。在二維細胞培養上，通過金電極匯集細胞在電極附近聚集，在20分鐘內達到了大約80％的匯集度。通過將肝細胞接種到微流體裝置微孔中，驗證了三維培養細胞微球體的可行性（如圖3）。
圖3三維培養細胞微球體檢測
最后，研究人員驗證微流體裝置對藥物篩選的可靠性，通過添加抗癌藥物紫杉醇，檢查藥物對并行二維和三維肝細胞培養的影響。紫杉醇通過與β-微管蛋白結合而導致細胞周期停滯到G2/M期，進而導致細胞核變形和生長停滯。結果表明，在二維培養中，暴露在高劑量紫杉醇中的細胞有74.6±10.3％停止在G2/M期；暴露在低劑量紫杉醇中的細胞有90.2±0.8％細胞停止在G2/M期，該結果與以前的文獻非常吻合。在三維培養中，暴露在高劑量紫杉醇中的微球體直徑由104±8μm變為99±14μm；暴露在低劑量紫杉醇中的微球體直徑由114±14μm變為118±12μm，沒有明顯差異。此外，釋放球體后通過片外光學顯微鏡觀察到了球體大小，形狀和核形態的明顯變化（如圖4）。
圖4驗證并行細胞培養裝置
在這項研究中，研究人員建立并驗證了用于同時培養二維細胞單層和三維細胞球體的微流體裝置。從藥物篩選的角度來看，最關鍵的是能否以可重現的方式培養小的均勻球狀體，并釋放出球狀體，以便在暴露于藥物后的細胞進行進一步分析。在單個光刻步驟中創建圓形微結構以及隨后進行表面功能化，制作出能夠在微流體流動情況下進行三維細胞球體培養的U型微孔。改性陶瓷材料的固有表面特性能夠滿足細胞和金屬的牢固粘附，這有助于實施二維細胞單層培養，并借助阻抗譜（通過集成電極）對未修飾的平面部件進行無創監測。總的來說，這項技術可全面評估藥物在二維和三維結構中對細胞的影響。
帶寬：（-3dB）DC~5kHz
電壓：10kVp-p（±5kVp）
電流：20mAp
功率：100Wp
壓擺率：≥111V/μs
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