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Sebbene la microfluidica consenta un controllo squisito del microambiente cellulare, la coltura di cellule, in particolare cellule primarie, all'interno di dispositivi microfluidici può essere impegnativa. Molte tecniche tradizionali di coltura cellulare sono state sviluppate per sostenere e stabilizzare la funzione cellulare quando vengono coltivate in piastre di coltura tissutale, ma tradurre tali tecniche in dispositivi microfluidici è spesso difficile.
Una di queste tecniche è la coltura di cellule sopra o inserite tra gel di collagene come modello dell'ambiente cellulare 3D fisiologico. 1 Il collagene di tipo I è una delle proteine più utilizzate per le applicazioni di biomateriali grazie alla sua ubiquità nella matrice extracellulare, all'abbondanza naturale, ai robusti siti di adesione cellulare e alla biocompatibilità. 2 Molte cellule beneficiano della coltura 3D con collagene, tra cui le cellule tumorali3,45, le cellule endoteliali microvascolari6 e gli epatociti7. Mentre l'uso di gel di collagene è facile in formati aperti, come le piastre di coltura tissutale, le dimensioni limitate del canale e la natura chiusa dei dispositivi microfluidici rendono l'uso di liquidi che gelificano senza bloccare l'intero canale.
Per superare questo problema, abbiamo combinato la tecnica di deposizione strato per strato8 con modifiche chimiche di soluzioni di collagene nativo per creare assemblaggi di collagene ultrasottili sopra le cellule coltivate in dispositivi microfluidici. Questi strati possono stabilizzare la morfologia e la funzione cellulare in modo simile ai gel di collagene e possono essere depositati sulle cellule in dispositivi microfluidici senza ostruire i canali con matrice polimerizzata. L'obiettivo di questo metodo è modificare il collagene nativo per creare soluzioni di collagene policationico e polianionico e stabilizzare le cellule in coltura microfluidica depositando sottili assemblaggi di matrice di collagene sulle cellule. Questa tecnica è stata utilizzata per stabilizzare la morfologia e la funzione degli epatociti primari in dispositivi microfluidici. 9
Sebbene la deposizione strato per strato sia stata precedentemente riportata con polielettroliti naturali e sintetici10 per coprire gli epatociti nella coltura su piastra11,12 e come strato di semina per gli epatociti nei dispositivi microfluidici13,14, questo metodo descrive la deposizione di uno strato di collagene puro sopra gli epatociti, imitando le tecniche di coltura del collagene 3D. In questo protocollo, utilizziamo gli epatociti come cellule di esempio che possono essere mantenute utilizzando strati di collagene 3D. I molti altri tipi di cellule che beneficiano della coltura 3D nel collagene possono allo stesso modo beneficiare della coltura dopo la deposizione strato per strato di un assemblaggio di matrice di collagene ultrasottile.