重点实验室实现了细胞球自漂浮培养与可编程组装

三维细胞球及其组装体能够在贴近生理微环境的条件下，复刻体内组织器官的结构与功能，已在人类疾病模型构建、组织工程、药物筛选等研究领域展现出巨大应用价值。但当前主流的细胞球制备技术多依托超低吸附基质、悬滴法或外场物理操控等手段开展培养，在培养基更换、细胞球转移、多球组装等关键操作环节高度依赖人工干预，易引发细胞球损伤、样本丢失、球体融合可控性差等瓶颈难题，严重制约三维细胞球的高通量培养与精准组装能力，阻碍该技术走向实际转化应用。

近日，重点实验室杨帆团队在国际顶级学术期刊Science Advances在线发表题为Self-buoyant cell-spheroid culture programming multi-spheroid assembly的研究论文。该研究报道了一种微气泡驱动的细胞球自漂浮培养、快速转移及可编程组装新技术。该技术发展了自驱动的细胞黏附微气泡，可在液滴顶点自发聚集，负载单一或多种类型细胞成球，利用细胞球内源性浮力，实现了无外加磁场、声场等外物理场操控的单液滴单细胞球阵列培养、超快速转移（约1秒钟）及平行给药刺激。基于此，该研究还发现液滴表面张力可诱导自漂浮细胞球进行水平和垂直方向（类3D打印）的可编程组装与融合。

针对细胞球培养与多球体可控组装的挑战，本文报道了一种微气泡漂浮自适应三维细胞球培养策略（BFC），用于多种细胞球的高通量培养、快速转移及可编程组装。研究人员通过在玻璃微气泡表面修饰聚赖氨酸（PLL），构建具有细胞黏附性的自驱动多功能微气泡（CGB）。当细胞与CGB结合后，在微气泡浮力驱动下自动向液滴顶部迁移并聚集生长，从而实现“一滴一球”的自漂浮培养。进一步，通过上下两个液滴 “接吻（kiss）”瞬间形成液桥，引导细胞球在浮力作用下约1 s内快速进入新的液滴微环境，从而实现快速的细胞球转移、培养基更换和给药刺激。基于连续液滴转移，研究团队进一步实现了同型和异质性多细胞球的水平及垂直可编程组装和融合，并用于多种药物效应快速评价及异质细胞球侵袭模型研究。

该研究将微气泡浮力驱动工程引入三维细胞球培养，实现了从细胞球自漂浮生长到快速转移及多细胞球组装的一体化操控，为高通量细胞球（类器官及组装体）模型构建提供了新的技术平台。其优势包括：（1）无需任何常用于细胞球操控的外部物理场（如光、电、磁、声场等），仅依靠微气泡自身浮力即可实现细胞聚集和细胞球培养；（2）实现单液滴单细胞球的阵列培养，有利于提高细胞球培养的一致性和通量；（3）利用液滴“kiss”实现瞬间的超快细胞球转移，便于快速换液、给药及连续处理；（4）可进一步实现多细胞球的水平和垂直可编程组装与融合，为大体积（宏观）组织样组装体构建、药物筛选及肿瘤侵袭研究提供新的研究工具。

图1. 自漂浮细胞球阵列培养、超快转移及水平、垂直可编程组装

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aee3306