基于细胞3D打印技术的肿瘤药物筛选细胞芯片研究

现有的药物筛选评价技术中,动物筛选模型存在种属差异和周期长等缺点,高通量筛选和细胞筛选模型则与体内环境差异大,药物筛选准确率低。细胞3D打印技术为在体外构建仿真的组织器官模型提供了可能,当其与细胞芯片技术结合则为体外构建高效准确的药物筛选模型提供了新的技术空间。本研究构建了含有多个叉指电极（IDEs）阵列的细胞芯片,用细胞3D打印技术在芯片上组装了卵巢癌细胞HO-8910和人肝间充质干细胞HMSC-H组织模型,并通过对组织模型内细胞阻抗变化的检测,反映细胞生长、贴附、增殖、凋亡的过程及药物对细胞活性的影响等,最终基于该模型检测了抗癌药物顺铂和环磷酰胺对肿瘤细胞的杀伤和肝毒性。结果显示：支架微丝直径和孔径约为200～300 μm,肿瘤细胞和肝细胞在三维结构里生长良好;DMEM作为电解液,芯片在10.4 Hz可准确检测到三维结构中细胞增殖引起的阻抗变化,20 h后阻抗升高69.6%;基于该筛选模型,能同步检测到药物的抗肿瘤作用和肝毒性,并筛选出需要肝的二次代谢产物才能产生抗肿瘤性的药物环磷酰胺。     

基于气动控制的多细胞三维组装技术研究

细胞三维受控组装为组织工程和再生医学等研究领域拓展了新的理论和技术。由于器官是由不同细胞组成并具有复杂微观结构的三维结构体,多细胞组装是细胞组装技术发展的关键。针对多细胞组装问题,本研究基于气动控制的多细胞组装平台,利用压缩空气作为动力,采用非水平排列方法设计多喷头模块,设计并构建了实现多细胞三维受控组装的硬件系统和控制系统,并基于该系统进行了3种颜色基质材料的组装和2种活细胞的组装实验。结果表明：本系统可实现3个喷头的准确切换和组装,组装过程中喷头喷射的启停响应迅速,启停响应延迟小于5 ms;成型精度小于30 μm,喷头间不易发生干扰;系统易于实现多喷头扩展和控制。该系统在三维空间内可完成3种材料的阶梯结构、圆环形腔结构、多边形结构等多种有重要生物应用价值结构的成型组装,并完成2种活细胞组装。CD34和Oil red O染色实验结果显示,组装的细胞在结构内生长良好,细胞定位准确并保持细胞性状。本研究为制造复杂的人体组织和器官提供了新的技术。