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细胞微环境在微流控中的研究应用

一、细胞微环境介绍

细胞微环境是一个由一系列因素组成的时空可变的复杂集合。但传统的研究方法很难在体外实现对这些参数的模拟和精确控制。为了克服传统方法中的不足,亟需构建一种新的研究系统用于模拟细胞在体环境。

细胞微环境的动态平衡是保证细胞正常增殖、分化、代谢和功能活动的重要条件。微环境发生任何改变,细胞就会随之发生相应的变化,因此胚胎发育、组织修复、肿瘤发生等生理病理过程,都是由细胞与其微环境的相互作用引起的。

 

二、微流控芯片在细胞微环境中的优势

微流控芯片的基本特征和最大优势是:多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。正是其整体可控和规模集成的特点使其成为细胞研究的重要平台。因此,微流控芯片能通过对微流体的控制,模拟体内的脉管系统,为细胞传输培养基、缓冲液、空气等,同时也能将细胞的代谢废物排出,还能控制细胞培养微环境中的生化、物理参数;同时微流控芯片还能够通过整合入微泵、微阀、微传感器等各种微元件,在微通道内进行样品混合、缓冲液更新,以及细胞接种、转移、分离等级联事件。微流控技术可为细胞微环境的体外构建提供技术可能。

 

三、微流控芯片在细胞微环境体中的应用

微流控芯片不仅可以为细胞的体外生长提供一个近似在体的微环境,同时还可以精确控制微环境中的具体参数,实时监控细胞的行为响应。此外还可以实现微流控通道内细胞外基质材料物理性质的控制,以考察基质材料的理化性能对细胞的影响。

主要包括:

  1. 可溶性因子可控分布的体外模拟和研究
  2. 细胞与细胞、细胞与细胞外基质相互作用的体外模拟和研究
  3. 机械力刺激的体外模拟和研究

 

四、总结及展望

随着微流控技术在细胞生物学中的应用,为细胞的体外研究开拓了新的研究领域,使细胞微环境的体外再现成为可能,为细胞与微环境相互作用的研究提供了强大的技术平台。但目前微流技术在细胞生物学领域中的应用还处于相对发展阶段,还有许多技术瓶颈问题尚待解决。随着这些问题的解决,微流控芯片不仅可以为生命科学研究提供强大的技术平台,而且还将开发为应用产品用于药物的筛选和疾病的诊断等领域。

手持式PDMS打孔器