一图读懂综述：微流控平台在细胞间通讯研究中的应用进展-北京永康乐业科技发展有限公司

细胞间通讯对于了解人类健康和疾病进展至关重要。与传统方法相比，微流控共培养技术可以可靠地分析关键的生物过程，如细胞信号传导，并在可重复的生理细胞共培养条件下监测动态细胞间相互作用。此外，基于微流控的技术可以在单细胞水平上以高通量实现两种细胞类型的精确空间控制。

近期，南通大学公共卫生学院吴丽教授、秦玉岭教授发表综述，重点介绍了基于微流控的2D和3D设备在细胞间通讯研究中的最新进展，并探讨了这些模型各自的优缺点及其在特定细胞研究场景中的应用。相关研究成果以“Microfluidic-based platforms for cell-to-cell communication studies”为题目发表于期刊《Biofabrication》。

本文要点：

1、本文重点介绍基于微流体的2D和3D设备的最新进展，这些设备能够限制两个或多个异质细胞，以研究细胞间通讯，并探讨了这些模型在特定细胞研究场景中的优点和局限性。

2、2D微流控平台包括无物理隔离（physical isolation-free，PIF）和有物理隔离（physical isolation-based，PIB）的设计，适用于不同类型的细胞信号传导研究。

3、3D微流控平台则通过支架（scaffold-based，SB）或无支架（scaffold-free，SF）的方法更好地模拟体内微环境，促进细胞间的相互作用。

4、尽管微流控技术在细胞间通讯研究中展现出巨大潜力，但仍面临一些挑战，如细胞生长空间不足和不同培养室之间的交叉干扰。

5、最后，作者呼吁开发更多功能化的微流控平台，以推动生物医学研究，特别是在肿瘤异质性和药物筛选等领域的应用。

一张图读懂全文：

相较于传统方法，微流控平台在细胞间通讯研究中具有以下几个显著优势：

1、空间和时间控制：微流控设备能够精确控制不同细胞类型的空间排列和相互作用的时间，从而使研究人员能够更详细地分析细胞通讯过程。

2、减少试剂消耗：与传统的大规模培养方法相比，微流控平台所需的试剂和细胞样本体积大大减少，提高了实验的效率和经济性。

3、模拟体内微环境：微流控设备可以结合三维支架、流动和其他生理相关的线索，更好地再现体内细胞微环境，从而促使更真实的细胞行为和通讯。

4、高通量和单细胞分析：微流控平台能够实现高通量筛选，并在单细胞水平上研究细胞间的相互作用，从而提供对异质细胞群体的更详细见解。

5、实时监测：微流控设备可以与各种传感器和成像技术集成，实时监测动态的细胞通讯过程，例如分泌的信号分子或钙离子流动。

6、降低污染风险：微流控系统的封闭和控制特性减少了样本污染的风险，从而提高了细胞通讯研究的可靠性和可重复性。

综上所述，微流控平台通过提供更高的控制精度、减少试剂消耗、模拟生理环境以及实现实时监测，显著促进了细胞间通讯的研究，相较于传统方法，能够提供更深入和更具生理相关性的研究结果。

在细胞共培养研究中，2D和3D微流控平台各自的优势和局限性是什么？

1、结构和生理相关性：

2D微流控平台：通常采用单层细胞培养，缺乏生理相关性，无法真实再现体内细胞的行为，限制了其在复杂生物过程中的应用。
3D微流控平台：通过使用支架或自组装的细胞聚集体，更好地模拟体内微环境，促进细胞间的自然相互作用，提供更高的生理相关性。

2、细胞行为：

2D平台：细胞在平面上生长，可能导致接触抑制失效，细胞增殖模式与体内不同，限制了对细胞间通讯的深入理解。
3D平台：细胞在三维空间中生长，能够更好地维持细胞的形态和功能，促进细胞的分化和增殖，适合研究复杂的细胞间相互作用。

3、应用场景：

2D平台：适合短期实验和简单的细胞间通讯研究，尤其是在药物筛选和基础生物学研究中。
3D平台：更适合长期培养和复杂的细胞间相互作用研究，如肿瘤微环境和组织工程。

4、技术复杂性：

2D平台：相对简单，易于操作和制造，适合快速实验。
3D平台：制造过程复杂，可能需要更高的技术和材料成本，但提供了更真实的细胞生长环境。

图1.（A）六种细胞间信号传导机制。（B）本文综述了用于细胞间通讯研究的微流体设备。

图2.用于神经元突触研究的PIB微流体共培养装置的示例。

图3.（A）展示了由Patel等人开发的基于水凝胶屏障的PIB微流控实验装置的设计图。该装置用于共培养两种黑色素瘤细胞，以研究药物抗性机制。水凝胶屏障防止细胞混合，同时允许信号分子从一个细胞室扩散到另一个细胞室。（B）展示了由Zhu等人开发的基于流体动力学的PIB微流控设备的设计图。该设备用于探索癌细胞与基质细胞之间的相互作用机制，通过油隔离策略确保了高效且稳定的单细胞共培养。

图4.展示了由Zhou等人开发的基于可重构壁的PIB微流控设备的设计图。该设备用于研究肝细胞与星状细胞之间的相互作用，通过气动操作来实现细胞间的分离和接触。

图5.Zhou等人提出的基于微孔的PIF微流体装置用于细胞间通讯研究。

图6.Madrigal等人开发的基于液滴的PIF微流体装置用于细胞间通讯研究。

图7.（A）展示了由Frimat等人开发的基于流体动力学陷阱的PIF微流控单细胞共培养阵列系统的设计图。该设备用于研究细胞间的间隙连接，通过监测标记的连接蛋白来验证细胞间的连接。（B）展示了由Dura等人开发的基于流体动力学陷阱的PIF微流控共培养平台的设计图。该设备用于研究免疫细胞的杀伤活性，通过监测钙离子水平来评估细胞间的相互作用。