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微流控芯片用于膠質母細胞瘤的研究

來源：廣州虹科電子科技有限公司   2025年06月20日 20:33   5

膠質母細胞瘤為一種高度惡性，生長快、病程短的致死腫瘤疾病，它是成人見的原發性侵襲性腦腫瘤，每年大約有12,000名新增病例。

由于其研究的特殊性，如何在體外模擬更真實的仿生環境一直是臨床研究的難點，西班牙薩拉戈薩大學的研究小組成功攻克了這一難題，讓我們看看這是怎么做的吧！

一、研究快速導覽

背景：膠質母細胞瘤（GBM〉是最致命的腫瘤類型之一。在這些腫瘤中，高細胞區被命名為假性細胞區，并被推測為膠質母細胞瘤細胞遷移的波。這些細胞的”波浪”被認為是由腫瘤引起的血管閉塞所造成的氧氣和營養物質的消耗所誘發的。雖然這些結構在GBM腫瘤中的普遍存在表明，它們可能在膠質母細胞瘤的擴散和入侵中發揮了重要作用，但在體外重新創造這些結構仍然是一個挑戰。

方法：西班牙薩拉戈薩大學通過采用的體外細胞培養裝置——BE-Gradient 微流控芯片，模擬了假性細胞區形成的動態過程。將U-251 MG細胞嵌入微流控芯片的膠原水凝膠中，通過控制介質在橫向微通道的流動，模仿和控制與這種疾病相關的血管阻塞事件。

結果：通過使用這個新的系統，證明營養和氧氣的缺乏會引發一個強烈的遷移過程，導致體外假紫斑的產生。這些結果驗證了假性細胞區的假說，并顯示出與缺氧驅動生物學模型的出色一致性。

本研究有效的證明了BE-Gradient 微流控芯片作為的體外培養裝置，能夠很好的模擬在腫瘤演變過程中營養和氧氣的化學梯度變化。

二、BE-Gradient的實驗效果介紹

下面讓我們了解基于BE-Gradient 微流控芯片更多的實驗效果。

（1）BE-Gradient 微流控芯片模擬化學梯度變化的可能性展示（方案之一）：

圖1 BE-Gradient 微流控芯片模擬營養和氧氣的缺乏區域（I）和富集區域(II)的示意圖

（2）微流控芯片細胞長期體外存活能力展示：

圖2 在9天后，U-251細胞在微流控芯片中的存活顯示，活細胞（用1μg/ml的鈣素標記）顯示為綠色，死細胞顯示為紅色（用4μg/ml的碘化丙啶標記）。白色虛線劃定了微型裝置柱（50x100 µm）。細胞在1.5mg/ml膠原水凝膠內以400萬細胞/ml的速度培養

（3）假性細胞區形成的動態過程展示：

圖3 在限定條件下形成假性細胞區過程 將400萬cells/ml的U-251置于1.5mg/ml的膠原水凝膠中，在微型裝置內培養。在不受限制的條件下，每天更換一次培養基，并在3天（A）、6天（B）和9天（C）使用鈣黃素（綠色）和碘化丙啶（紅色）評估細胞的活力。為了模擬受阻的情況，只讓介質通過右側微通道流動，并在3（D）、6（E）和9（F）天評估細胞活力。白色虛線劃定了微裝置柱（50x100 µm）的界限。圖表顯示了在3天（G）、6天（H）和9天（I），在受阻和不受阻的情況下，整個微室正交視圖的熒光強度。圖中的邊界位置由灰色虛線劃定。比例尺為200μm。
圖4 假性細胞區形成期間的細胞形狀 在不受限制（A）或受阻（B）的條件下培養5天后，拍攝微室的共聚焦圖像。(C)分析了假性細胞區后部和前部的細胞形狀，并與無限制條件下的同一區域進行比較；。(D) 在受阻條件下，假性細胞區后部的方向性。(E) 石蠟包埋的GBM樣本的蘇木精和伊紅染色。(F) 患者樣本中假頂點后部和前部的細胞核長寬比；比例尺為200µm。

參考文獻：

[1]Jose, et al. “Glioblastoma on a microfluidic chip: Generating pseudopalisades and enhancing aggressiveness through blood vessel obstruction events.” Neuro Oncology (2017).

三、Be-Gradient的其他應用

（1）產品介紹：Be-Gradient 由一個室（模擬細胞培養）和兩條包含 3 個通向中心室的橫向通道（模擬血管）組成。用于模仿體外的細胞培養。它可以在化學梯度下進行3D或2D細胞培養。由于其使用的聚合物具有一定的光學透明度，所以可以搭載顯微鏡、熒光顯微鏡和共焦顯微鏡輔助觀測。

    • 3D 細胞培養：首先將細胞混合在液相水凝膠中，然后將它們引流至室中。水凝膠聚合完成后，通過橫向通道灌注具有不同濃度化合物的培養基，并實時監測效果。

    • 2D 細胞培養：適用于貼壁細胞，不僅可以在室中檢測，也可以在橫向通道中培養。

（2）應用領域：細胞/球狀體入侵和遷移、血管新生、轉移、血管生成、趨化、缺血、細胞分化或氧化壓力、微型器件內的壞死核心生成、葡萄糖梯度實驗。

關鍵詞：顯微鏡
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