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    清華大學梁瓊麟教授團隊Nat. Protoc.:組合式微流控平臺:輕松制備可流通水凝膠微管仿生結構
    2021-01-14  來源:高分子科技

      人體器官由血管化的微組織構成,這些微組織對于維持器官功能有著特殊意義。開發可流通的管狀仿生微支架是構建仿生工程化組織或器官芯片平臺的基礎性關鍵技術之一。近期,清華大學化學系梁瓊麟教授團隊在Nature Protocols發表論文,詳細闡述了該團隊所開發的一系列基于微流控的可流通水凝膠微管仿生結構的制備方法。


      在人體,血管系統調節著血液和組織之間的物質交換。在各個器官功能單元的中心或周圍都存在著特定的血管結構,這些血管結構對于維持器官功能至關重要。例如,在腎臟中,由毛細血管團形成的腎小球起著關鍵的濾過屏障作用,調節著尿液的形成;在肺臟中,圍繞肺泡的支化毛細血管使得吸入的空氣得以與血液之間進行充分的氣體交換;在肝臟中,圍繞血管形成的不同營養物質分區影響著肝腺泡的功能異質性。為了滿足不同器官和組織的獨特生物學需求,體內血管具有不同的特殊的幾何結構。血管的幾何形狀不僅影響物質的交換,而還影響著血流動力學參數。血管的幾何結構與各種生理病理過程有關,如動脈粥樣硬化斑塊的形成、胎盤內血壓的失調等。此外,血管結構還可影響納米顆粒在血管壁上的黏附,從而影響藥物傳遞的效率。為了更詳細地研究這些病理生理過程,研究人員開發了多種方法來制備具有仿生血管通道和組織結構的可流通支架材料。水凝膠材料由于其親水性、通透性和生物相容性,在模擬生理微環境方面具有天然優勢,因而被廣泛用于構建工程化組織。然而,在微尺度上制造具有理想仿生幾何結構(特別是中空結構)的水凝膠材料非常困難。


    圖1. 微流控平臺及可制備的各種仿生結構水凝膠微管示意圖


      針對組織工程領域對微尺度可流通水凝膠支架的需求,梁瓊麟教授團隊開發了組合式微流控技術,用于制備多種結構的仿生可流通水凝膠微管(圖1)。在該文中,他們詳細描述了微流控裝置的組裝方法,微管制備平臺的構建方法,以及各種可流通水凝膠微管的制備和表征方法。其中,微流控裝置可由常見材料(例如,玻璃毛細血管、鋼管和鈍針;圖2)在無需專業技能或設備的情況下制備完成。通過簡單調整微流控裝置/平臺及調控流體,基于該組合式的微流控裝置可制備六種類型十余種結構的仿生可流通水凝膠微管(圖1)。


    圖2. 組合式微流控裝置制造示意圖


      該技術可以輕松制備多種仿生結構的可流通水凝膠微管,而且采用的條件溫和的全水相微流控紡絲技術,生物相容性好,在構建仿生工程化組織或器官芯片模型方面具有廣泛的應用潛力。在該文中,研究人員還結合本團隊近年來的研究成果展示了該技術的代表性應用場景,包括利用該平臺直接制備負載細胞(如干細胞)的水凝膠微管,作為組織工程構筑的基元材料(Sci. Rep. 2016,6, 33462),還描述了如何使用微管制備仿生血管通道(Adv. Mater. 2017, 29, 1701664;Small 2020, 16, 1902838),以及如何進行仿生血管的血流動力學測試和屏障功能測試,應用于構建3D腎小球模型(Adv. Mater. 2018, 30, 1705082;ACS Cent. Sci. 2020, 6, 903–912)等。這些成果表明,基于該組合式微流控平臺制備的多樣化結構水凝膠微管材料可用于實現多類型多結構復雜仿生組織的構建。


      以上成果發表在Nature Protocols上。論文的第一作者為清華大學化學系博士生謝若簫,通訊作者為清華大學化學系梁瓊麟教授


      原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41596-020-00442-9

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