球状体和类器官是通过三维基质微环境培养形成的细胞聚集体，能够部分重现组织的结构、功能和遗传特征，在再生医学和疾病治疗中具有广泛应用前景。构建生物仿生基质微环境是形成球体和类器官的关键挑战之一。水凝胶微球作为替代Matrigel的理想候选材料，不仅保持了传统水凝胶的良好生物相容性，还具备模块化和可注射性，近年来被广泛研究用于球体和类器官的构建。

近期，上海大学转化医学研究院苏佳灿教授、王秀惠副研究员与西安市红会医院周凤金副主任医师和上海交通大学医学院附属新华医院何崇儒副主任医师联合发表综述，主要探讨了利用水凝胶微球构建球状体和类器官的研究进展。文章强调了水凝胶微球在模拟细胞外基质方面的优势，同时概述了水凝胶微球在类器官模型构建领域的当前挑战和未来前景。相关研究内容以“Engineered hydrogel microspheres for spheroids and organoids construction”为题目发表于期刊《Chemical Engineering Journal》。

本文要点：

1、本文综述了水凝胶微球工程制备的最新进展，阐明了所涉及的功能结构和技术。

2、深入讨论了水凝胶微球模拟细胞外微环境以构建球状体和类器官的细胞-基质相互作用和形成原理。

3、概述了水凝胶微球在类器官模型构建领域的当前挑战和未来前景。

一张图读懂全文：

使用水凝胶微球相较于传统的Matrigel在球体和类器官构建中具有以下优势：

1、生物相容性：水凝胶微球保持了传统水凝胶的良好生物相容性，能够有效促进细胞生长和增殖。

2、可调性：水凝胶微球的组成和特性可以通过化学方法进行精确控制，避免了Matrigel的批次间差异和不可控成分的影响。

3、模块化和可注射性：水凝胶微球具有模块化特性和可注射性，便于在体内进行局部施用和精准定位，满足不同治疗需求。

4、营养物质扩散：水凝胶微球之间存在较大的孔隙，有助于营养物质的有效扩散和细胞的渗透，提供更接近自然微环境的培养条件。

5、结构稳定性：水凝胶微球的结构相对稳定，能够在培养过程中保持形状，支持细胞的生长和分化。

6、降低免疫原性：水凝胶微球的低免疫原性使其在临床应用中更具优势，减少了潜在的免疫反应风险。

综上所述，水凝胶微球在构建球体和类器官时提供了更为理想的微环境，有助于提高细胞的生长和功能表现，使其在再生医学和组织工程领域具有广泛的应用前景。

水凝胶微球在三维细胞培养中对细胞分化和增殖的影响主要体现在以下几个方面：

1、提供生物相容性良好的培养基质：水凝胶微球具有高水含量和类似天然细胞外基质的结构，为细胞提供了良好的生长环境，有利于细胞粘附、增殖和分化。

2、增加培养基质的比表面积：水凝胶微球具有较大的比表面积，可以增加细胞与培养基质的接触面积，提高营养物质和信号分子的传递效率，促进细胞增殖和定向分化。

3、可调控的物理化学性质：通过化学修饰，可以调节水凝胶微球的刚度、孔隙度、生物活性等性质，从而模拟不同的细胞外微环境，引导细胞向特定方向的分化。

4、可控的药物缓释：水凝胶微球可以负载各种生长因子、细胞分化因子等，实现可控的时空释放，为细胞提供动态的分化信号，促进组织再生。

5、提供机械支撑：水凝胶微球形成的多孔支架结构，可以为3D细胞培养提供良好的机械支撑，有利于细胞聚集和组织形成。

图1.各种水凝胶微球模拟基质微环境以构建球体和类器官的示意图。

图2.培养微环境对细胞培养的影响。

图3.具有优良特性的水凝胶微球。

图4.水凝胶微球用于重塑培养微环境。

图5.水凝胶微球的制造方法。

图6.水凝胶微球的不同材料。

图7.纳米技术功能化修饰水凝胶微球。

图8.球体和类器官之间的差异。

图9.基于水凝胶微球生成的类器官。

图10.多细胞尺度的球体和复杂类器官。

图11.水凝胶微球构建的球体和类器官的应用前景。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155131