Микросферы, нагруженные клетками, предлагают благоприятные преимущества, такие как повышенная способность удерживать клетки in situ, эффективная доставка клеток и последующая способность к пролиферации клеток in vivo1. На сегодняшний день были проведены многочисленные исследования для разработки успешной структуры строительных лесов для поддержки благоприятной среды для клеток для регенерации тканей или применения скрининга лекарств2. Тем не менее, гипоксия среды часто неизбежна в интерьерах из-за недостаточного снабжения питательными веществами / кислородом и накопления метаболических отходов3. Для преодоления этих проблем разработаны высокопористые микросферы (ПМ) с использованием различных биоматериалов 4,5,6. Кроме того, в динамической культуре каркасы страдают от чрезмерного напряжения сдвига7, и нестабильное состояние питательной среды может нарушить точность ПМ. В качестве альтернативы, поли(молочно-со-гликолевая кислота) (PLGA) может быть использована для обработки ПМ с хорошей механической прочностью для динамической культуры1. Например, мы продемонстрировали совместную инъекцию полых микростержней PLGA (HOPM), нагруженных миобластами мыши (C2C12), и полых микрородок, наполненных поли(этиленгликолем) пупочной вены человека (HUVEC), для лечения потери объемных мышц, достигнув значительного улучшения регенерации скелетных мышц in situ 8.
Примечательно, что ПМ характеризуются большой площадью поверхности и высокой пористостью, что представляет особый интерес для клеточной адгезии и роста в направлении минимально инвазивной доставки клеток9. С учетом этих аспектов для изготовления ПМ10,11 были использованы различные биосовместимые материалы. Эти кондиционируемые ПМ, кокутивные с клетками, обеспечивают отличную адгезию, значительную механическую прочность и тесно взаимосвязанные окна, которые могут улучшить пролиферацию клеток для восстановления поврежденных тканей12. В связи с этим также были разработаны различные технологии изготовления пористых сфер 13,14. С одной стороны, ПМ производились с использованием газообразующих агентов, таких как NH4HCO3, которые были ограничены из-за недостаточной взаимосвязанности 15,16,17. С другой стороны, ПМ были непосредственно срезаны после эмульгирования, что привело к полидисперсным ПМ18. В конце концов, микрофлюидная технология капель, основанная на эмульсионно-шаблонном подходе, возможно, является эффективным методом построения ПМ, поскольку она часто приводит к образованию частиц однородного размера19. Примечательно, что морфологические характеристики микросфер часто зависят от качества образующихся капель эмульсии (т.е. вода в масле, W/O или масло-in-water, O/W), что может существенно влиять на атрибуты биоматериалов20. Стоит отметить, что предварительно разработанная микрофлюидная платформа может быть применена для генерации микроволокон или микросфер. В качестве примера Yu et al. продемонстрировали производство нагруженных клетками микрофиброзных структур на основе микрофлюидных платформ на основе капилляров, которые могут быть использованы для сборки клеточных сетей для имитации естественных тканей21. В другом случае Ye et al. изготовили фотонные кристаллические микрокапсулы путем шаблонной репликации коллоидных кристаллических шариков кремнезема с помощью микрофлюидных технологий, которые могли бы преодолеть многие ограничения современных методов, требующих сложной маркировки и специального устройства22.
Действительно, обоснование использования этого метода обусловлено различными преимуществами, такими как легкость по своей природе, отсутствие сложного оборудования и удобство синтеза ПМ одинакового размера для доставки клеток и регенеративной медицины. В этом контексте, с предварительно разработанными компонентами эмульсии-шаблонизации, ПМ с высокой пористостью и взаимосвязанностью могут быть удобно получены из микрофлюидного устройства, собранного из поли(винилхлоридной) (ПВХ) трубки, стеклянного капилляра и иглы. Эмульсия-предшественник W/O получают путем гомогенизации водного раствора желатина и органического раствора PLGA. Путем селективного введения соответствующей части эмульсии в микрофлюидную платформу изготавливаются ПМ с одинаковыми размерами частиц и взаимосвязанными порами по всей поверхности вглубь. Настоящий протокол направлен на изготовление PLGA-HOPM путем эмульсии-шаблонизации в микрофлюидной платформе. Считается, что этот протокол позволяет воспроизводить производство PLGA-HOPM и потенциально будет применим в смежных областях тканевой инженерии и скрининга лекарств.