生物材料表面的微觀形態(tài)特征對細(xì)胞增殖、黏附和分化有重要影響。然而,表面特性調(diào)控細(xì)胞行為的具體機(jī)制仍不明確。目前,用于細(xì)胞調(diào)控的表面設(shè)計過于單一,難以同時滿足高精度制造與結(jié)構(gòu)多功能性的雙重要求。飛秒激光無掩模光學(xué)投影光刻技術(shù),采用數(shù)字微鏡器件作為掩模板,能夠快速制備高精度大面積的可編程細(xì)胞芯片,并有效調(diào)控細(xì)胞浸潤性。

近期,中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì),在可編程細(xì)胞芯片設(shè)計、制備與浸潤性調(diào)控方面取得進(jìn)展。該工作提出了基于飛秒激光無掩模光學(xué)投影光刻技術(shù),制備可編程細(xì)胞培養(yǎng)芯片,并將其應(yīng)用于細(xì)胞行為研究。

團(tuán)隊(duì)采用飛秒激光無掩模光學(xué)投影光刻技術(shù),制備了具有不同形貌的可編程細(xì)胞培養(yǎng)芯片,實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞形態(tài)和細(xì)胞行為的調(diào)控。該細(xì)胞培養(yǎng)芯片結(jié)構(gòu)可調(diào)控細(xì)胞在不同線間距、柱直徑及孔徑的支架結(jié)構(gòu)上的遷移、黏附及形態(tài)變化。

研究人員利用飛秒激光無掩模光學(xué)投影光刻AZ P4620光刻膠制備的芯片結(jié)構(gòu),展現(xiàn)出高結(jié)構(gòu)保真度和均勻性。通過O₂等離子體和PDL涂覆等表面處理工藝,增強(qiáng)了材料的親水性,促進(jìn)細(xì)胞黏附與增殖。免疫熒光染色和共聚焦顯微鏡觀察結(jié)果表明,可編程細(xì)胞培養(yǎng)芯片結(jié)構(gòu),對786-O細(xì)胞的遷移、黏附及形態(tài)變化,具有定向調(diào)控能力。細(xì)胞對線間距、柱直徑和孔徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化表現(xiàn)出差異性響應(yīng)。在線陣列結(jié)構(gòu)上培養(yǎng)的細(xì)胞,呈現(xiàn)拉長形態(tài)并形成排列整齊的肌動蛋白應(yīng)力纖維,而柱陣列和孔陣列對黏著斑分布有影響。生物相容性驗(yàn)證結(jié)果證實(shí),該可編程細(xì)胞培養(yǎng)芯片適用于細(xì)胞培養(yǎng)和組織工程應(yīng)用。

該研究通過高精度可控模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計,制備了可精準(zhǔn)調(diào)控表面形貌特征的可編程細(xì)胞培養(yǎng)芯片,以調(diào)節(jié)細(xì)胞形態(tài)和行為,同時滿足高精度制造與結(jié)構(gòu)多功能性的雙重要求,展現(xiàn)了可編程細(xì)胞培養(yǎng)平臺模擬復(fù)雜體內(nèi)微環(huán)境的潛力,為細(xì)胞行為研究及推進(jìn)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了多功能工具。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《芯片實(shí)驗(yàn)室》?(Lab on a Chip)上。

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可編程細(xì)胞培養(yǎng)芯片的Fs-MOPL制備及細(xì)胞培養(yǎng)

可編程細(xì)胞培養(yǎng)芯片上786-O細(xì)胞形態(tài)和細(xì)胞行為