Zellbeladene Mikrosphären bieten günstige Vorteile, wie z. B. eine verbesserte Zellretentionskapazität in situ, eine effiziente Lieferung von Zellen und die anschließende Fähigkeit zur Zellproliferation in vivo1. Bis heute wurden zahlreiche Untersuchungen zur Entwicklung einer erfolgreichen Gerüststruktur durchgeführt, die eine förderliche Umgebung für Zellen für Geweberegeneration oder Drogenscreening-Anwendungen unterstützt2. Die Hypoxie-Umgebung ist jedoch in den Innenräumen aufgrund unzureichender Versorgung mit Nährstoffen / Sauerstoff und der Ansammlung von Stoffwechselabfällen oft unvermeidlich3. Um diese Probleme zu überwinden, wurden hochporöse Mikrosphären (PMs) unter Verwendung verschiedener Biomaterialien 4,5,6 entwickelt. Darüber hinaus leiden die Gerüste in dynamischer Kultur unter übermäßiger Scherspannung7, und der instabile Zustand des Kulturmediums kann die Genauigkeit von PMs brechen. Alternativ könnte Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) verwendet werden, um PMs mit guter mechanischer Festigkeit für die dynamische Kultur1 zu verarbeiten. Zum Beispiel demonstrierten wir die Co-Injektion von Maus-Myoblasten (C2C12)-beladenen hochoffenen PLGA-PMs (HOPMs) und humanen Nabelschnurvenendothelzellen (HUVEC)-beladenen Polyethylenglykol-Hohlstäbchen, um volumetrischen Muskelverlust zu heilen und eine bemerkenswerte Verbesserung der in situ Skelettmuskelregeneration zu erzielen8.
Insbesondere sind PMs durch große Oberflächen und hohe Porositäten gekennzeichnet, was von besonderem Interesse für die Zelladhäsion und das Wachstum in Richtung minimalinvasiver Zellabgabe ist9. Unter Berücksichtigung dieser Aspekte wurden verschiedene biokompatible Materialien zur Herstellung der PMs10,11 verwendet. Diese designbaren PMs, die mit Zellen kokultiviert werden, bieten eine ausgezeichnete Adhäsion, eine beträchtliche mechanische Festigkeit und stark miteinander verbundene Fenster, die die Zellproliferation zur Reparatur beschädigter Gewebe verbessern könnten12. In diesem Zusammenhang wurden auch verschiedene Technologien zur Herstellung poröser Kugelnentwickelt 13,14. Zum einen wurden PMs mit gasbildenden Mitteln wieNH4HCO3 hergestellt, die aufgrund unzureichender Interkonnektivität 15,16,17 zurückgehalten wurden. Auf der anderen Seite wurden PMs direkt nach der Emulgierung geschert, was zu polydispersen PMs18 führte. Letztendlich ist die Tröpfchenmikrofluidik-Technologie, die auf dem Emulsions-Templating-Ansatz basiert, vielleicht eine effiziente Methode zur Konstruktion von PMs, da sie oft zu Partikeln einheitlicher Größe führt19. Insbesondere hängen die morphologischen Eigenschaften der Mikrosphären oft von der Qualität der erzeugten Emulsionströpfchen (d. h. Wasser-in-Öl, W/O, oder Öl-in-Wasser, O/W) ab, was die Eigenschaften der Biomaterialien signifikant beeinflussen kann20. Es ist erwähnenswert, dass die vorgefertigte mikrofluidische Plattform zur Erzeugung der Mikrofasern oder Mikrokugeln eingesetzt werden kann. In einem Fall demonstrierten Yu et al. die Herstellung von zellbeladenen mikrofaserigen Strukturen auf der Grundlage kapillarbasierter mikrofluidischer Plattformen, die verwendet werden könnten, um zelluläre Netzwerke zur Nachahmung natürlicher Gewebe aufzubauen21. In einem anderen Fall stellten Ye et al. photonische Kristallmikrokapseln durch die Schablonenreplikation kolloidaler Siliziumdioxidkristallperlen durch mikrofluidische Technologien her, was viele Einschränkungen aktueller Techniken überwinden könnte, die eine komplexe Markierung und spezifische Vorrichtung erfordern22.
In der Tat ist die Begründung für die Verwendung dieser Technik auf verschiedene Vorteile zurückzuführen, wie z.B. die einfache Natur, die keine ausgeklügelte Ausrüstung erfordert, und die Bequemlichkeit bei der Synthese von PMs einheitlicher Größe für die Zellabgabe und Anwendungen der regenerativen Medizin. In diesem Zusammenhang können PMs mit vorgefertigten Komponenten des Emulsions-Templating bequem aus einem mikrofluidischen Gerät erhalten werden, das aus Polyvinylchlorid (PVC)-Rohren, einer Glaskapillare und einer Nadel zusammengesetzt ist. Ein W/O-Emulsionsvorläufer wird durch Homogenisieren einer wässrigen Lösung von Gelatine und einer organischen Lösung von PLGA hergestellt. Durch selektives Einspritzen des anwendbaren Teils der Emulsion in die mikrofluidische Plattform werden die PMs mit gleichmäßigen Partikelgrößen und miteinander verbundenen Poren in der gesamten Oberfläche zum Inneren hergestellt. Das vorliegende Protokoll zielt darauf ab, die PLGA-HOPMs durch Emulsions-Templating in der mikrofluidischen Plattform herzustellen. Es wird angenommen, dass dieses Protokoll eine reproduzierbare Produktion von PLGA-HOPMs ermöglicht und möglicherweise in den verwandten Bereichen des Tissue Engineering und des Arzneimittelscreenings anwendbar sein wird.