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基于微流控芯片研究干细胞的优势分析

干细胞以其多潜能性和自我更新能力成为人类早期胚胎研究、干细胞治疗和组织工程修复中的主要细胞来源和种子细胞。但传统细胞研究方法难以提供干细胞生长和分化所需的复杂多层次的微环境,使研究结果与体内真实情况相差甚远,尽可能模拟和精确调控干细胞培养微环境,进而控制干细胞自我更新或分化命运,成为干细胞研究的难点。微流控芯片可以更真实地模拟干细胞小生境(niche);实时可控的对单个干细胞加载剪切力和生长因子;其透明的装置可对细胞行为进行跟踪观察等研究细胞微环境中占有优势,从而受到越来越多干细胞研究者的关注。

 

微流控芯片细胞实验室是把细胞操作及控制等部件集成或基本集成到一块几平方厘米的芯片上,由微通道形成网络,以可控流体贯穿整个系统,用以实现常规细胞实验室各种功能的一种科学技术平台。微型化的细胞培养平台提供了一种类似基于活体组织尺度观察细胞行为的方法,并且在细胞研究中微流控芯片可以模拟人体内脉管系统,给细胞施加剪切力和输送培养基、氧气、缓冲液等,并输出代谢废物,控制细胞微环境的生理生化条件,可分离及计数细胞,在单个细胞尺度进行分析,提供3D培养环境;并可进一步整合入一系列的微元件(微泵、微阀、微注射器等),在微通道内进行样品混合,缓冲液更新和细胞接种、转移、分离、计数等级联事件。


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 目前干细胞研究非常多,然而对干细胞生长或分化的微环境精确描述却鲜有相关资料,并且现有研究多集中于生理学方面微环境模拟研究,对干细胞微环境中机械物理因素模拟调控研究较少,并且研究方法多具有低通量,较差空间和时间控制性,且实验重复性较差等缺陷。

 

微流控芯片在干细胞研究中的优势:(1)体型较小,具有制作成本低,可重复性强;(2)降低反应分析时间;(3)减少昂贵实验材料贵的干细胞)和分析试剂(各种生长因子)的用量;(4)减少可能造成伤害的副产物;(5)可以在同一芯片上进行复杂的多重分析;(6)微流控芯片中流动多为层流,因为没有紊流,流动间的混合只有扩散或施加外部因素混合,使分子浓度在时间和空间上分析和微通道内的流动状况分析变得很简单。在细胞研究中微流

微流控芯片除具有上述优点外,由于其通道有数十到数百微米,而且细胞尺寸相当、高表面积与体积比便于细胞吸收排泄代谢废物,可长时间培养;并且微流控芯片可通过微通道中的持续或间歇的流动产生不同的剪切力,微流控芯片还可以模拟体内3D环境培养。


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微流控芯片解决了干细胞微环境研究中各种因子对干细胞增殖和分化影响的工具问题,通过对干细胞微环境中各种因素(各种可溶性生化因子的分布特性、胞外基质的特性、各种力场分布等)尽可能的模拟和精确的调控,得出干细胞生长分化的各种条件,为干细胞研究提供重要必需的资料。并且微流控PDMS芯片还具有透明可实时检测细胞形态优点,为研究干细胞分化过程中各种形态提供重要依据。另有很多为满足各种细胞研究和药物筛选等需要的各种不同微流控装置也不断被开发出来,甚至MichaelSchuler曾提出“芯片动物”的概念,想利用微流控芯片技术重塑一个体外动物生理模型。



标签:   微流控芯片 细胞检测
手持式PDMS打孔器