导读：
人多能干细胞（hPSC）是再生医学和组织工程应用的理想细胞来源。然而，将干细胞有效分化为功能性成熟组织仍是一个挑战。近期，有研究人员开发了一种新型磁性微胶囊，用于培养和分化hPSC球状体，通过微流控技术将hPSC封装在含有磁性纳米颗粒的微胶囊中，实现了在外部磁场操控下的干细胞培养和分化，有望提高干细胞治疗的规模化和效率。相关研究以“Designing magnetic microcapsules for cultivation and differentiation of stem cell spheroids”为题目，发表在期刊《Microsystems & Nanoengineering》上。
本文要点：
1、开发了携带hPSC球状体的磁性微囊，采用共轴流动聚焦微流控设备将干细胞封装在含有氧化铁磁性纳米粒子（MNPs）的核壳微囊中。
2、将hPSC细胞封装在磁性微囊中不会影响其存活率、球状体形成和增殖能力。这些微囊对外部磁场表现出出色的响应，可以被固定在特定位置。
3、作为应用示范，将磁性微囊用于在搅拌生物反应器中悬浮培养和分化hPSC球状体。
4、与标准悬浮培养相比，磁性微囊可以更有效地进行培养基更换，从而提高了hPSC向内胚层分化的效率。
5、未来，磁性微囊有助于使hPSC更好、更大规模地分化为成体细胞类型（如胰岛细胞和肝细胞），并为细胞移植提供益处。
使用磁性微囊进行干细胞分化的优势如下：
1、高效的培养基更换：磁性微囊可以利用外部磁场将其固定在生物反应器中，从而实现更彻底的培养基更换，避免残留培养基对后续分化的干扰。
2、改善分化效果：与传统悬浮培养相比，磁性微囊在分化诱导培养基（含Activin A和CHIR99021）中表现出更高水平的内胚层标记基因表达。
3、更好的细胞保护：微囊的水凝胶壳层可以保护细胞免受生物反应器中的剪切应力损伤，有利于细胞分化。
4、可扩展性：磁性微囊可以在搅拌生物反应器中进行大规模培养，有助于满足再生医学应用对大量细胞的需求。
5、移植应用：磁性微囊可以将分化的细胞免疫隔离，有利于后续的细胞移植治疗。
总之，磁性微囊技术为干细胞分化培养提供了更好的培养条件和操控手段，从而改善了分化效果，为干细胞应用奠定了基础。
磁性微囊的制备过程包括以下几个步骤：
1、微流控设备：采用共轴流动聚焦的微流控装置，通过共轴流动形成具有核壳结构的微滴。
2、核壳结构：核层溶液包含干细胞和增稠剂，壳层溶液则包含可交联的聚乙二醇（PEG）衍生物。
3、磁性纳米颗粒（MNPs）的引入：将MNPs分散在核层或壳层溶液种，制造出Mag core或Mag shell磁性微囊。
4、交联和固化：在微流控装置的第二个油相交界面处，利用二硫苏糖醇（DTT）对微滴进行交联，形成稳定的微囊结构。
5、微囊收集：所制备的微囊被收集到多孔板或生物反应器中，用于后续的培养和实验。
总体而言，本研究采用微流控技术，通过精细控制流体动力学参数，实现了具有可控核壳结构的磁性微囊的制备，为干细胞的培养及其在生物医学中的应用提供了技术平台。
图1.磁性微胶囊的表征。
图2.评估微胶囊的磁响应性。
图3.评估搅拌生物反应器中的培养基更换效率。
图4.hPSC球体在磁性微胶囊中的存活和增殖。
图5.磁性微胶囊的多能性和最终的内胚层表达。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41378-024-00747-9
