Name: 微机电与细胞生物学研究所:展望与应用 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-10-01T00:00:00.000+00:00
Duration: 16 min 30 s
Description: 了解微流控技术如何克服传统细胞培养技术的局限性，利用生物医学微机电系统为神经科学研究创建更真实的细胞环境。该方法可显著改善实验结果并推动未来研究发展。

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生物微机电系统与细胞生物学：展望与应用

BioMEMS and Cellular Biology: Perspectives and Applications

细胞培养技术的发展彻底改变了基础细胞与分子生物学研究中的假设验证方式。该技术已成为药物筛选、毒理学和临床检测中的标准方法，并在再生医学中得到日益广泛的应用。然而，传统的细胞培养方法——基本上是将大量细胞浸没于均一的液体培养基中，并生长在均一的平面基底上——在基础研究和实际应用两方面正变得越来越受限。微加工技术使研究人员能够以微米级精度设计基底的生化成分与拓扑结构、培养基组成，以及细胞微环境中的邻近细胞类型。此外，微技术在概念上非常适用于开发快速、低成本的体外系统，可实现对细胞在大量不同条件下进行高通量培养与分析。在本次访谈中，Albert Folch 阐述了这些局限性，以及如何利用软光刻和微流控技术加以克服，并介绍了其实验室中一些相关研究实例及未来发展方向。

细胞培养技术的建立彻底改变了基础细胞与分子生物学研究中的假设验证方式。该技术已成为……的标准方法。

我是Albert Falk，西雅图华盛顿大学的教授，我的研究领域是生物微机电系统（biomes），即生物医学微机电系统的简称。我们从事微流控技术的研究，主要聚焦于细胞生物学领域的应用，尤其是神经科学领域。实验室的重点之一是尝试克服传统细胞培养技术的局限性。如果你观察细胞生物学家在体外、在培养皿中研究细胞的方式，会立即注意到细胞浸泡在一种均一的细胞培养基中，并且它们所附着的表面也是均一的。然而，在体内，细胞所处的表面并非均一。它们并非处于均匀的培养环境中，而是实际上暴露于多种随空间和时间变化的信号中，这些信号常以浓度梯度的形式存在，同时它们被一种凝胶状的基质所包围。在培养皿中研究细胞时还存在一些实际限制：你需要使用培养箱，而培养箱是一种体积较大且昂贵的设备。通常，生物学家希望研究多种不同的条件。他们希望研究某种细胞在细胞培养A和细胞培养B中的情况。细胞对这些化合物的反应存在很大的变异性。因此，生物学家通常会将细胞接种在不同的培养皿中，可能每个条件设置三个重复，然后研究一系列不同的条件。这样一来，他们最终会消耗大量的细胞培养基、耗材和培养皿，同时还需要占用大量空间。因此，我们正试图将其微型化，这是其中一个方面。此外，更换细胞和细胞培养基的过程需要大量的移液操作，这在时间和人力投入方面成本很高，同时也需要大量液体进出培养皿。另一个局限性是，为了使所有表面都布满细胞，必须使用大量细胞，而这通常需要牺牲大量动物。此外，仅仅由于数量巨大，成本也可能非常高。因此，传统技术最终会耗费大量资金。它们成本很高，不仅体现在实施任何实验所需的时间和人员投入上，而且在实际操作中，生物学家最终往往不得不减少研究的表面数量或实验条件的数量。因此，所得数据的统计学效力非常弱。按照工程学标准，典型生物学研究的结论往往是定性的，因此这些研究最终都难以规模化。因此，在基因组学时代，这正成为一个日益严重的问题：人们希望研究大量条件和众多变量，以发现新的变量和新的细胞现象，而这些只有通过研究大量细胞和条件才能揭示。微加工技术为我们提供了多种优势，我们出于不同原因加以利用。首先，从基本原理角度来看，这些优势与微电子学中的晶体管类似——晶体管在尺寸更小时性能更佳。在这里，我们也构建能够作用于所研究对象尺度的装置，而这些对象正是细胞。微加工技术能够以多种方式克服这些局限，而不仅仅是一种方式。它使您能够对大量单个细胞进行检测。因此，这能让你立即获得非常定量的结论。同时，它还使你能够进行低成本的实验。此外，这些系统的制造成本非常低廉，因为你可以用一个设备的价格制造出多个设备。此外，由于这些系统易于操作，且非常易于实现自动化，因此运行成本低廉。上述制造成本低和运行成本低的优势，促成了非常成功的商业化应用。最后，这些系统还非常适用于定量设计。这一点非常重要，因为通过这种方式，我们可以对微流控装置的行为或表面的制备

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生物学

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