高フラックス細胞及びタンパク質カプセル化のための液滴微小流体

1 プロフィール

液滴生成は生物医学研究者が高いフラックスと低コストの分析を得る強力な技術である[1]。マイクロ流体法を利用して、科学者は細胞とタンパク質のカプセル化方法を改善した。これらの技術の進歩は各種疾患の治療に有望な結果をもたらした。本文は細胞と蛋白質カプセル化における液滴生成の応用を討論する。また、実験を十分に利用するために必要なことをすべてお見せします。

1.1 液滴に基づく微小流体技術

液滴に基づく微小流体技術は、2種類の混和しない流体を微小流体通路に導入することにより微小液滴を生成する方法である。通常、研究者はチャネルの幾何学的形状を操作し、連続性を調整することによって/液滴の大きさを制御するための分散相の流速、[2]。

マイクロスケールの液滴はより速い混合と伝熱速度を持ち、それによって反応時間を速めた。これらの隔離室の役割はマイクロリアクターに似ている。さらに、細胞間の交差汚染を回避するために物理的および化学的に隔離された環境を提供し、単細胞カプセル化、培養、分析を実現する[2]。

このテクノロジーには、次のようなさまざまな利点があります。

l全細胞スクリーニングプロセス設計の実現

l試薬消費量が低い

l生体適合性

l高感度

液滴パッケージには、さまざまな技術が含まれています。この方法は試料の種類と量、必要な化学反応時間と順序によって異なる。主に試料を液滴の分散相に希釈することに関する。

1.2 タンパク質カプセル化

微小球中のタンパク質のカプセル化は各種疾患を治療するための有望な治療戦略である[1]。タンパク質療法は酵素分解に極めて敏感である。したがって、それらをキャリアにカプセル化することは、それらが体内の標的部位に搬送されたときに保護を提供することができる[3]。

タンパク質ナノ粒子を得るための2つの一般的な戦略は、ナノ沈殿と乳化である。もう1つの方法は乳化であり、次に溶媒消費と溶媒拡散である。マイクロ流体プラットフォームはこのプロセスをより効率的にし、より制御可能な薬物放出速度を提供することができる[3]。

この技術により、研究者はヒドロゲルネットワークを介した拡散またはミクロゲル加水分解に基づいて/酵素分解によりカプセル化タンパク質の放出速度をカスタマイズする[1]。

1.3 液滴中の単細胞カプセル化

細胞マイクロカプセル化には、一般にアルギン酸塩が用いられる。しかし、この材料の細胞微小環境に対する制御は限られている。寸法制御のための合成マイクロゲルを生成するためのマイクロ流体法は、この問題の解決を助けることができる。この技術は液滴のサイズを正確に制御することができ、膜の薄さから 6µmのマイクロゲル[1]。

科学者は、ヒト患者および培養細胞系からの細胞を高フラックス速度で液滴中にカプセル化するためにマイクロ流体を使用することができる。特に、液滴ベースの単細胞技術は、研究者が隔離されたマイクロ環境で単一細胞を操作できるようにするため、メリットをもたらすことができる[2]。

通常、液滴は水と細胞の溶液を含む。しかし、研究者は長期細胞培養を維持するために生体適合性ヒドロゲルまたは他のポリマーを使用した。ヒドロゲル液滴に封入された細胞は1週間生存できることに注目すべきである。さらに、液滴マイクロフロー制御プラットフォームは、蛍光、質量分析、電気化学を含む様々な分析方法と組み合わせることができる[2]。

2 適用例

2.1.治療的蛋白質送達

局所的に移植されたマイクロゲルは、成長因子やサイトカインなどの治療タンパク質を送達するための微小侵襲的な方法を表すことができる。また、複数のマイクロゲルを含むモザイク注射により、複雑な放出曲線または多タンパク質送達を提供することも可能である[1]。

2.2 マイグレーション

マイクロゲル中の細胞カプセル化は移植に役立つ。研究者はマイクロゲルの大きさを制御して、酸素と廃棄物の輸送を維持しながら移植細胞の免疫浸潤を軽減することができる。これは移植後の免疫抑制を減らすのに役立つ[1]。

マイクロゲルはまた、細胞を所望の移植サイズに固定することができ、これは重要（じゅうよう）多くの細胞療法は全身細胞投与に依存しているため[1]。

合成ミクロゲルはまた、カプセル化幹細胞のミクロ環境を操作し、分化と分泌機能に影響を与えることができる[1]。

2.3 ハイフラックスフィルタ

スクリーニングは薬物発見、毒性、抗体親和性分析に役立つ。短時間でいくつかの化合物を評価することを目的としています。液滴封入は、高単分散液滴が均一な反応条件を提供するため、高スループットスクリーニング結果を改善することができる。

3 始めるには何が必要ですか。

液滴微小流体技術は経済的で効率的な高フラックス分析を提供する。液滴生成実験を開始する設定は、

2−3 xマイクロ流体ポンプ（または1台のポンプ上の2−3チャネル、例えば4 Uポンプ）−連続（油）相と分散（水）相の流れを制御するために使用される。アプリケーションに応じて、お勧めしますてんせい4 U圧力ポンプまたは 2xてんせいExiGoマイクロ流体注入ポンプ。てんせい4 U圧力ポンプは安定で正確な流速を持ち、4つの異なる通路を独立に制御し、圧力と流量を制御することができる。スマートフォンを使用して流量曲線をプログラムし、すべてのポンプ機能を効率的に管理できます。

l油相と水相の流量制御をフィードバックするための2つの流量センサ。

l適切な幾何学的形状を有するマイクロフロー制御チップは、液滴サイズを確保するために液滴を生成することができる良い。

l安定したチャネル表面化学は、液滴の安定性を確保することができる。

l界面活性剤は油相と水相の界面を安定させ、液滴を安定させることができる。

l連続相油は液滴の安定性を高めることができる。 配管はポンプからマイクロフロー制御チップに接続できます

てんせい完全なスイートを提供することも、希望するコンポーネントのみを提供することもできます。 製品の詳細については、こちらをご覧ください。。

参照＃サンショウ＃

1. Headen, D.、García, J.＆García, A. 高スループット細胞カプセル化と合成マイクロゲル生成のための平行滴微流体学。Microsyst Nanoeng 4, 17076 (2018).

2. Lin, Jin-Ming, ed. 単細胞分析のための微流体学。スプリンガー、2019年。

3. Meng, Hu, et al. 事前にプログラムされた機能特性を持つタンパク質配方における微流体学の役割。生物学：ターゲットと治療12（2018）：191。