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PNAS:新细胞打印技术细胞存活率接近100%

来源:科学网 2014-03-04 21:05

据物理学家组织网2月10日报道,美国休斯顿卫理公会研究院的研究人员开发出一种可将活细胞打印到任何表面和几乎任何形状上的技术,且整个过程中几乎所有的细胞仍能存活。新技术犹如中国古代木刻版印刷术和现在儿童橡皮印章玩具,与喷墨打印方法有所不同。该研究成果刊登在最新一期的美国《国家科学院院刊》上。

该研究院纳米医学博士秦立冬(音译)说,这种方法在短短半个小时内可产生2D细胞阵列,打印出的细胞紧密到接近5微米(大多数动物细胞在10到30微米宽),并允许使用许多不同类型的细胞。研究人员将这种技术命名为批量细胞打印(BloC打印)。

喷墨打印方法打印二维和三维细胞已基本成功,但有时只有一半细胞在打印过程中存活。秦立冬说:“基于喷墨的细胞打印会使许多细胞受损或死亡。而细胞打印主要用于药物开发和组织再生、细胞功能和细胞间通讯的研究,这就要求细胞只有是活的才能发挥作用。而当细胞退出喷墨喷嘴,就只有50%到80%的成活率。我们的BloC打印,接近100%的打印细胞仍是活着的。”

BloC打印通过操纵微流体引导活细胞进入在硅胶模具里的钩状陷阱。细胞流沿着模具的一列,越过被困的细胞到下一个可用的槽隙,最终建立一行细胞单元,形成网格线。在模具的创建过程中,陷阱的位置和间距,以及由细胞通行形成的通道形状可自行配置。当模具被移走后,活的细胞留下,附着在生长介质或其他基质上按规定形成。

该研究小组通过癌变细胞和神经细胞对BloC打印进行了测试。通过在网格中排列转移性癌细胞,他们发现可以很容易地鉴定癌细胞的转移潜力。秦立冬表示,这可能有助于早期诊断癌症。

他们还打印了脑细胞网格,给细胞时间形成突触。秦立冬说:“我们创建的细胞连接可能对未来神经元信号转导和轴突再生的研究非常有用。这样的工作可能有助于理解阿尔茨海默氏病和其他神经退行性疾病。”

秦立冬还说:“现在预测BloC打印的市场成本为时尚早。目前只知道BloC打印的模具材料成本约为1美元。在模具经过制造并交付后,研究人员只需要一个注射器、活细胞培养皿以及稳健操作的手。而细胞喷墨打印机的花费需1美元到20万美元。”

秦立冬表示,BloC打印可以与许多类型的药物筛选、RNA干扰以及分子细胞相互作用研究的分子打印相结合。这项技术未来具有很大潜力。不过,虽然这种打印的细胞存活率很高,喷墨打印仍然是比较快的,并且BloC打印还不能像喷墨打印一样可打印出多层结构。 (生物谷Bioon.com)

生物谷推荐的英文摘要

Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of America                doi: 10.1073/pnas.1313661111

Block-Cell-Printing for live single-cell printing

Kai Zhanga,b, Chao-Kai Chouc, Xiaofeng Xiad,e, Mien-Chie Hungc,f, and Lidong Qina,b,c,1

A unique live-cell printing technique, termed “Block-Cell-Printing” (BloC-Printing), allows for convenient, precise, multiplexed, and high-throughput printing of functional single-cell arrays. Adapted from woodblock printing techniques, the approach employs microfluidic arrays of hook-shaped traps to hold cells at designated positions and directly transfer the anchored cells onto various substrates. BloC-Printing has a minimum turnaround time of 0.5 h, a maximum resolution of 5 μm, close to 100% cell viability, the ability to handle multiple cell types, and efficiently construct protrusion-connected single-cell arrays. The approach enables the large-scale formation of heterotypic cell pairs with controlled morphology and allows for material transport through gap junction intercellular communication. When six types of breast cancer cells are allowed to extend membrane protrusions in the BloC-Printing device for 3 h, multiple biophysical characteristics of cells—including the protrusion percentage, extension rate, and cell length—are easily quantified and found to correlate well with their migration levels. In light of this discovery, BloC-Printing may serve as a rapid and high-throughput cell protrusion characterization tool to measure the invasion and migration capability of cancer cells. Furthermore, primary neurons are also compatible with BloC-Printing.

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