微流控芯片技術助力細胞外囊泡產量提高

　　2022年12月24日，中國科學院深圳先進技術研究院楊慧課題組的最新研究成果發表在生物醫學工程領域TOP期刊Materials Today Bio上。研究團隊研發了一種微流控芯片技術，實現了細胞的工程化改造，并顯著提高了細胞外囊泡的分泌量。

　　深圳先進院客座博士生郝銳、博士生胡師為該論文的共同第一作者，楊慧為通訊作者，廈門大學薩本棟微米納米科學技術研究院郭航教授為文章的共同通訊作者。

　　2013年，諾貝爾生理學或醫學獎頒發給發現“細胞的囊泡運輸調控機制”的三位科學家。囊泡運輸構建了人體生理學和病理學過程中的“智慧物流運輸系統”，負責細胞間的物質遞送和信息通訊。因此，細胞外囊泡被視為重要的生物標志物和天然的運載工具，在智能藥物遞送、重大疾病精準診療等領域展現了巨大的應用潛力。

　　然而在常規培養條件下，供體細胞往往存在分泌效率有限、外囊泡產量低等技術問題，極大的限制了細胞外囊泡的實際應用。為了提高細胞外囊泡的分泌量，常用的技術手段包括分子調控、乙醇處理、pH調節等生化策略，因依賴于生化試劑添加物，易改變細胞生理狀態而影響外囊泡的功能性和安全性。

　　為應對這一挑戰，楊慧團隊提出一種名為“種子SEED芯片 (Small Extracellular vEsicles Developer)”的微流控編輯平臺，能夠高通量且無損傷的刺激細胞，提高細胞外囊泡的分泌量。

　　“種子SEED芯片”由于借助了微流控芯片技術可在微觀尺度精確操控流體的特點，該尺度相當于百分之一的頭發絲直徑，可以將物理場作用定位到細胞尺度，實現對細胞的高通量且高精度的操控。芯片內部引入“魚骨型”微結構陣列，機械擠壓刺激細胞，增強細胞外囊泡的分泌量，針對不同來源的細胞可實現微結構的特異性開發。研究中采用骨髓來源間充質干細胞作為應用對象，該技術成功使干細胞外囊泡的產量提高了數倍。上述干細胞外囊泡在生物醫學研究及臨床應用中具有重大潛力，但干細胞有限的擴增能力，極大限制了其分泌外囊泡的數量，為實際應用提出了挑戰。此項工作成功構建了大規模生產細胞外囊泡的新范式，并以角膜損傷模型為例，驗證了此方法生產的干細胞外囊泡能夠顯著促進組織修復。

　　未來，基于微流控芯片技術增強細胞外囊泡分泌量的新策略有望發展成為一種平臺型工具，并與胞內遞送研究相結合，提高細胞外囊泡產量的同時，將具有臨床治療作用的外源物質裝載到外囊泡中，為外囊泡裝載研究以及精準治療應用提供新的技術支持。