《JMCB》贺曦敏:PNIPAAm水凝胶构建无标记细胞捕获-运输-释放系统

2021-09-16 14:30:26 高分子材料科学

微流体的最新进展进一步使细胞分离能够在简单的小型化设备中进行,用于再生医学、癌症研究和临床治疗等应用,其中从异质样本中分选和分离靶细胞是基础用于后续分析和培养。虽然在实践中使用了一些微流体装置的细胞分离方法,但无标记细胞分选变得特别有吸引力。无标记细胞分选利用不同的细胞表型特性,已成为首选,因为它避免了细胞标记的高成本并最大限度地减少细胞损伤。然而,当前的无标记细胞分选平台无法同时实现连续性和选择性,导致步骤复杂且可靠性有限。

加州大学洛杉矶分校贺曦敏团队报告了一种基于免疫亲和的细胞捕获-运输-释放热-化学-机械耦合水凝胶 (iCatch) 装置,该装置由“智能”水凝胶和同步响应温度的亲和手柄制造,实现了液体之间顺序和自动调节的靶细胞分选和运输。通过“智能”水凝胶材料的热触发驱动可原位运输和释放捕获的细胞,从而实现样本输入-答案输出连续细胞分离。微流体系统包含三个生物相容性组件:(1)产生两个平行层流用于目标细胞运输的微流体通道,(2)可逆和响应性地捕获和释放目标细胞的动态亲和手柄,(3)可控驱动以运输靶细胞的响应性水凝胶。在该系统中,以高选择性和可扩展生产被用作动态亲和手柄,因为它们能够响应温度变化以可逆地捕获和释放细胞。由于载有适体的刺激响应水凝胶产生热触发的体积变化,它将目标细胞从一个流(上)传输到另一个(下)。实现靶细胞捕获-转运-释放的关键因素是适体对细胞的捕获和释放与水凝胶的体积变化同步。为了实现这一点,适体的功能化和变性以及水凝胶的膨胀和收缩都被设计为受温度变化的调节。

为了证明系统的效率,作者选择了白血病 CCRF-CEM 细胞系作为模型目标。淋巴细胞白血病是一种血液病,其特征是出现在血液和骨髓中的异常白细胞。由于其恶性,需要早期检测白血病细胞以便及时诊断和治疗。因此,使用细胞SELEX策略CCRF-CEM亲和力靶向细胞膜蛋白PTK7,选择适体sgc8c和热响应PNIPAAm水凝胶作为研究对象。细胞运输微流体实现了选择性细胞结合、流动之间的可控运输和响应性细胞释放。通过这种方式,作者开发了一种可控的热化学机械调制微流体装置,用于无标记和连续 CCRF-CEM 细胞分选,制造过程简单。

图1, (A) 对适体、水凝胶和适体功能化水凝胶温度的可逆响应。(B) iCatch 微流控装置的细胞分离机制。(C)iCatch 的设计由放置在微流体通道中的适体功能化水凝胶组成,该通道具有两个入口,分别通向上下流和两个出口。

相关论文以题为A ‘smart’ aptamer-functionalized continuous label-free cell catch–transport–release system发表在《Journal of Materials Chemistry B》上。通讯作者是加州大学洛杉矶分校贺曦敏助理教授。

参考文献:

doi.org/10.1039/D1TB00739D

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