ATA-7050高压放大器在微流控芯片三维培养细胞并用于药物毒性评价中的应用
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几十年来，二维细胞培养已成为体外筛选药物的主要培养方式。但是，由于二维培养出的细胞不具有特定的组织结构，通常需要使用三维细胞培养模型进行二次筛选。二维培养模式和三维培养模式在筛药模型中各具有其优点，二维培养模式中，氧气含量、养分和代谢废物分布均匀，而三维培养模式中具有类器官的组织架构，细胞间以及细胞外基质之间能够相互作用。
近期，赫尔辛基大学TiinaSikanen教授团队设计了一种并行细胞培养的微流体装置，结合二维培养和三维培养的优点，以二维（单层）和三维（椭球）的形式并排但分离的在完全相同的环境下培养细胞，用于药物细胞毒性评估，相关研究成果发表在AFM期刊上。
研究人员设计的微流体装置（如图1）由有机改性的陶瓷材料制成，具有生物相容性并且无需任何额外的涂层即可实现细胞粘附，使用PDMS密封微流体平台。微流体平台包括两套薄膜金电极，印刷在陶瓷材料基底上，通过阻抗光谱法促进了单层培养中的细胞生长和完整性监测。该平台还包括三排凹形微孔，这些微孔具有排斥细胞、支持细胞粘附（二维细胞单层培养）和疏水表面（三维细胞培养容器）的特性。
图1微流体并排二维和三维细胞培养设备及测定
为了诱导三维球体形成，研究人员使用单步光刻工艺来制造凹形微孔，该微孔通过纳米功能化（例如，等离子体多孔化和疏水涂层）制成具有排斥细胞作用的微孔。因为微孔的凹形形状，在微流体流动的情况下，产生的球状体可以释放出来，以便进行进一步表征。微流体平台中微孔的深度和横截面形状由紫外线照射剂量控制，随着紫外线剂量的增加，微孔截面形状会从矩形变成圆形（如图2）。
图2微流体平台微孔研究
接着，研究人员对微流体装置上的细胞进行表征，通过阻抗谱测定出二维和三维细胞培养之间存在有效隔离。在二维细胞培养上，通过金电极汇集细胞在电极附近聚集，在20分钟内达到了大约80％的汇集度。通过将肝细胞接种到微流体装置微孔中，验证了三维培养细胞微球体的可行性（如图3）。
图3三维培养细胞微球体检测
最后，研究人员验证微流体装置对药物筛选的可靠性，通过添加抗癌药物紫杉醇，检查药物对并行二维和三维肝细胞培养的影响。紫杉醇通过与β-微管蛋白结合而导致细胞周期停滞到G2/M期，进而导致细胞核变形和生长停滞。结果表明，在二维培养中，暴露在高剂量紫杉醇中的细胞有74.6±10.3％停止在G2/M期；暴露在低剂量紫杉醇中的细胞有90.2±0.8％细胞停止在G2/M期，该结果与以前的文献非常吻合。在三维培养中，暴露在高剂量紫杉醇中的微球体直径由104±8µm变为99±14µm；暴露在低剂量紫杉醇中的微球体直径由114±14µm变为118±12µm，没有明显差异。此外，释放球体后通过片外光学显微镜观察到了球体大小，形状和核形态的明显变化（如图4）。
图4验证并行细胞培养装置
在这项研究中，研究人员建立并验证了用于同时培养二维细胞单层和三维细胞球体的微流体装置。从药物筛选的角度来看，最关键的是能否以可重现的方式培养小的均匀球状体，并释放出球状体，以便在暴露于药物后的细胞进行进一步分析。在单个光刻步骤中创建圆形微结构以及随后进行表面功能化，制作出能够在微流体流动情况下进行三维细胞球体培养的U型微孔。改性陶瓷材料的固有表面特性能够满足细胞和金属的牢固粘附，这有助于实施二维细胞单层培养，并借助阻抗谱（通过集成电极）对未修饰的平面部件进行无创监测。总的来说，这项技术可全面评估药物在二维和三维结构中对细胞的影响。
带宽：（-3dB）DC~5kHz
电压：10kVp-p（±5kVp）
电流：20mAp
功率：100Wp
压摆率：≥111V/μs
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