15.2.4　类器官高通量产生

现有类器官的形成主要依靠细胞自组装过程，难以控制类器官形貌尺寸的一致性，从而造成类器官较高的可变性，且通量较低，无法满足高通量分析与实际应用需求。微流控技术可建立形式和功能多样的阵列化、高通量微观实验体系，将这些微阵列芯片用于类器官的形成与分析，可大大提高实验效率及其重现性。如秦建华研究团队设计并制备了一种微柱阵列芯片，能高通量形成一致性的脑类器官，并实现对脑类器官的实时和原位观察［19］。另外，液滴微流控技术作为微流控领域的一个重要分支，可通过微通道内多相流的相互作用产生和操纵离散的液滴，这些液滴可直接作为细胞3D培养的独立体系，也可经交联固化后得到载有细胞的微囊培养器。所得微囊结构能够将细胞隔离到微纳级的小室之中，以便进一步组装和分离；同时，将液滴微流控平台整合到功能化的细胞操作和分析系统中，可用于高通量、多维度的3D细胞培养和分析。如Haitao Liu等开发了一种基于双水相液滴微流控的杂合水凝胶微囊制备体系，基于微观界面效应，实现了高效的海藻酸钠-壳聚糖杂合微囊生产，并尝试将其用于iPSCs衍生胰岛细胞的3D培育、组装和胰岛类器官形成［57（］图15-1）。结果表明，这种微囊制备过程简单，生物相容性高，具有灵活可控和高通量等特点，有利于大规模体外类器官扩增。由于微囊中细胞负载数量可控，产生的胰岛类器官形态大小比较均一，可显著降低类器官形成中的变异性。这种微囊还可作为免疫隔离载体，在体内移植和再生医学等方面具有重要应用潜力。将该微囊应用于肝类器官的构建与扩增，也取得了类似的效果，证明了该体系在不同类器官形成与培养过程中的普适性［58］。另外，微流控体系可集成高通量、多模态生物传感系统，包括显微成像、荧光测定、机械测量、多电极阵列和其他分析系统等，有望实现类器官的自动化监测和实时分析［59，60］。

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图15-1　用于高通量胰岛类器官工程化的双水相液滴微流控体系示意图［57］

（a）芯片实物和液滴微流控芯片的组成单元；（b）辅助液滴生成的气动阀局部示意图；（c）杂合微囊用于hiPS细胞衍生胰岛类器官工程化的流程图