细胞迁移是器官形态成熟、癌症等疾病相关状况的一个基本过程。细胞能够穿过拥挤的空间和紧密的细胞外基质（ECM）进行迁移。通过狭窄区域时，细胞会发生强烈变形，包括细胞核。这种核变形会导致3D基因组结构的变化，并可能导致DNA甲基化。然而，变形对细胞的具体影响尚不完全清晰。因此，迫切需要建立一种离体方法，在复杂几何狭窄区域诱导明确的细胞变形。

近期，有研究者开发了一种微流体灌注培养系统，用于精确控制和观察细胞在三维狭窄空间中的迁移行为及其对细胞核变形和转录组变化的影响，为理解细胞在复杂几何狭窄空间中的迁移机制提供了新的实验方法。相关研究以“A Microfluidic Perfusion Culture Setup to Investigate Cell Migration in 3D Constrictions”为题目发表在期刊《Advanced Materials Technologies》上。

本文要点：

1、本研究开发了一种微流体灌注培养装置，用于研究细胞在三维几何限制下的迁移行为。

2、该系统采用直接激光写入技术制造具有光滑、各向异性曲面的微通道，可形成半径为2或4微米的狭窄通道，使细胞核在通过时发生高度变形。

3、该系统可用于培养和观察各种细胞类型的迁移行为，并收集经过狭窄通道的细胞进行基因组和转录组测序。

4、通过对小脑颗粒细胞的培养和观察，发现细胞在狭窄通道中的迁移速度会增加，但当通道宽度低于临界值时，细胞将无法改变迁移方向。这表明不仅通道宽度，整体的三维几何限制都会影响细胞的迁移能力。

5、该系统可进一步研究几何因素对细胞迁移的影响，并探究核变形对细胞转录组的潜在影响，有助于阐明几何限制对细胞行为和基因表达的调控机制。

全文总结/概括：

微流体灌注培养系统在研究细胞迁移行为中的主要优势包括：

1、精确的物理环境控制：微流控系统能够精确控制细胞所处环境的物理特性，如狭窄通道的尺寸和形状，为研究细胞对物理限制的响应提供了理想平台。

2、实时动态监测：通过该系统，研究者可以实时观察细胞在迁移过程中的动态行为，捕捉到细胞形态变化和迁移模式的详细信息。

3、化学和生物因素的精确调控：该系统可以精确施加和调节化学引导剂或其他生物分子的浓度梯度，从而研究这些因素对细胞迁移的影响。

4、高通量实验能力：微流体平台的设计实现了在单一芯片上对多个实验条件的并行测试，这种设计优化了实验流程，大幅提升了研究的效率和通量。

5、细胞微环境的模拟：该系统能够模拟细胞在体内遇到的复杂微环境，包括细胞外基质的机械性质和化学组成，增强研究的生理相关性。

6、减少资源消耗：微流体系统通常只需要少量的细胞和试剂，有效降低了实验成本和材料消耗，同时减少了对实验动物的依赖。

7、细胞收集与后续分析：系统便于在特定条件下收集细胞，为后续的分子生物学分析，如基因表达和蛋白质分析，提供了便利。

图1.a）微流控芯片布局的俯视图，包括收缩单元（1）、接种腔（2）、灌注通道（3）、接种口（4）、收集腔（5）和收集通道（6）。插图（b）显示了收缩单元的透视图。c）侧视图显示了收缩单元的尺寸。在这项工作中，每个通道的重复收缩数量是不同的（n=5，10，20）。

图2.用于迁移实验的管道连接和配置。

图3.a）灌注20小时后小脑颗粒细胞的存活率和运动能力。一个细胞的迁移路径显示为黑色。b）微流控系统中小脑颗粒细胞的增殖情况。

图4.细胞在100分钟内通过半径为a）4和c）2μm的收缩通道的迁移情况。细胞的位置由黑色箭头指示。100分钟内通过半径为b）4和d）2μm的收缩通道的迁移距离（黑色，左轴）和迁移速度（灰色，右轴）。对于狭窄的通道，观察到细胞先是停滞然后迅速通过；而对于较宽的通道，细胞则无阻碍地通过并重新极化。e）显微镜图像和示意图展示了细胞通过一个半径为2μm的狭窄通道的过程。

原文链接：https://doi.org/10.1002/admt.202301535