水凝胶微球有哪些制备方式

水凝胶微球如何负载细胞

水凝胶促血管生成能力表征

微球结构有哪些类型

水凝胶自愈合性能表征

甲基丙烯酰化多巴胺（DMA）增强组织粘附性表征

水凝胶化学结构表征（核磁、红外、紫外等）

水凝胶机械性能测试（压缩、拉伸等）

水凝胶理化表征（微观形貌、吸水、溶胀等）

水凝胶中活性物质的释放行为表征

水凝胶微针降解能力表征

水凝胶微针性能优劣评价

水凝胶微针药物释放行为表征

水凝胶微针机械强度表征

水凝胶微针吸水能力表征

水凝胶微针溶血测试表征

水凝胶促成骨（体内）能力表征

水凝胶促成骨（体外）能力表征

水凝胶成软骨能力表征

水凝胶抗氧化性能表征

水凝胶抗菌性能表征

水凝胶粘附性能表征

水凝胶微球如何负载细胞

水凝胶和微球的有效结合可以促进组织工程高性能支架的开发，通过进一步微调其复合结构，有望解决单一支架面临的困境。往期我们向大家介绍了与之密切相关的一些前沿进展和在其制备过程中的有效打开方式，这些推文在发出后备受大家青睐。然而也有一些用户表示在自己的研究过程中还是面临一些困惑：微球负载细胞的方式有哪些？不同负载方式有什么特点？可以应用在什么场景？为此，本期EFL特为大家整理了水凝胶微球在细胞培养中的几种常见负载形式，并附上学习案例供大家参考，同时欢迎大家联系EFL获取更多资源或交流合作。

简单来说，水凝胶微球对细胞的负载形式主要有两大类，即内部策略和表面策略。我们下面的介绍也主要基于此进行展开。

图片素材来源：

https://doi.org/10.1039/C6LC01193D

内部策略

顾名思义，这是一种将细胞封装在水凝胶内部的3D培养形式。其特点在于可以很好的模拟细胞和基质微环境的相互作用，此外还具有免疫隔离，细胞相互作用研究等特点，非常适用于微创手术中的细胞递送或者相关生物医学模型如类器官、肿瘤细胞球的构建。值得注意的是，这种策略下细胞的负载与微凝胶制备往往是同步进行的，这要求水凝胶预聚物具有较好的生物相容性，且交联和后处理方式也得比较温和。

案例一：Analytical Chemistry ( IF 8.008 )：基于微流控装置实现载细胞微球生成与在线培养；2019.09.10

参考资料：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.analchem.9b02434

案例介绍：研究人员通过一个集成的微流体装置完成了载有细胞的微球生成、在线提取和动态培养。该方法扩展了液滴制备系统的非侵入性和非抑制能力，并提供了一个恒定的微环境，从而减少细胞内氧化应激损伤和线粒体的积累。在一体化平台上构建的肿瘤-内皮共培养模型显示高水平的血管生成蛋白表达，为组织工程和癌症治疗提供一个更可靠的分析工具

材料选择：海藻酸钠和细胞混合液

交联方式：利用CaCl2进行离子交联

细胞负载过程：以含有海藻酸盐的 Ca-EDTA 复合物与细胞悬浮液混合作为分散相，含有0.5% 全氟聚醚-聚乙二醇 (PFPE-PEG) 表面活性剂和 0.15% 乙酸的氟碳油作为连续相，含有20% 1H,1H,2H,2H-全氟-1-辛醇 (PFO) 的氟烃油用作破乳剂相。在流体通道的第一个交叉结处，由于 H⁺的快速扩散，Ca²⁺从Ca-EDTA中释放与藻酸盐发生凝胶化产生预微凝胶球体。随后在第二个交界处，引入 PFO 以解离表面活性剂并破坏油水界面的稳定性使交联的微球立即从油壳中逸出转移到水相以适用于通入培养基进行长期培养

案例二：Advanced Materials Technologies (IF 8.856)：使用液滴微流控系统一步生成核-壳甲基丙烯酸明胶 (GelMA) 微凝胶；2019.01.08

参考资料：

https://doi.org/10.1002/admt.201800632

案例介绍：研究人员通过流动聚焦微流控系统一步生成GelMA核壳微凝胶。通过调节芯、壳和连续流动的流速，可以很容易地控制具有清晰三维形态的核壳微凝胶的大小。此外，通过包覆HepG2细胞，成功地制备了细胞负载支架。封装后的HepG2细胞具有良好的细胞活力、较高的增殖率、分泌白蛋白和合成尿素的能力

材料选择：以GelMA为水凝胶微球的球壳，甲基纤维素（MC）和细胞混合液为球核

交联方式：紫外光固化

细胞负载过程：将MC与细胞悬液混合均匀作为芯流，以8%的GelMA溶液和0.5%的2959光引发剂作为壳层流。由于MC黏度大，GelMA仅存在微球表面。得到的核壳状态液滴经紫外光照射后GelMA固化形成凝胶壳，去除矿物油后转移到含DMEM培养基的24孔板中，分散在MC中的细胞悬浮会在球芯处自组装生长

表面策略

这是一种将细胞直接培养在水凝胶微球表面的方法，与传统的单层培养相比，水凝胶微球的表面与体积比显著提高，可以用更小体积的培养基培养更多的细胞，此外它的机械和化学性质还可以针对不同细胞量身定制，以更真实地复制生理条件。另外，相比把将细胞封装在微球内部的培养策略，生长在微球表面的细胞还具有不会受到生长空间的严格限制等优势，这使它们能够更快地增殖和在更短的时间内收集更多的细胞。而且分离和收集生长在微球表面的细胞也比提取包裹在微凝胶中的细胞要容易得多，更重要的是用于负载细胞的微球可以在细胞粘附表面之前制备，这也使得在前驱体溶液类型和凝胶条件选取等方面更有灵活性。因此，基于这种方法在细胞大规模扩增和递送等方面都具有较大的应用潜力。

案例三：Small (IF 15.153)：在多孔GelMA微球表面进行细胞负载；2021.02.23

参考资料：

https://doi.org/10.1002/smll.202006596

案例介绍：研究人员将乳液技术与梯度冷却相结合，制造了具有不同孔径的 GelMA 冷冻凝胶微球 (CMS)。微球的孔径可以通过改变梯度冷却的持续时间轻松调整。得到的微球对人骨髓基质细胞 (hBMSCs) 和 HUVECs具有促进细胞粘附、和长达7天持续增殖等特点并具有成骨分化和血管生成等应用潜力

材料选择：GelMA预聚物

交联方式：紫外光交联

细胞负载过程：将制备的多孔GelMA微球放在 96 孔板后用 PBS 洗涤两次，随后将10 µL 细胞悬液（1×10⁶ 个细胞mL ^-1）滴加在微球上孵育2 h，以确保细胞附着在微球表面，2 小时后补加190 µL 培养基即可

EFL Tips：

通过上面三个案例的学习，相信我们在理解水凝胶微球进行细胞负载和长期培养的一些实验过程和研究特点上都有了一些新的收获。不难发现，在实际研究过程中如果想强调细胞和基质微环境的相互作用那么将细胞负载在水凝胶内部是不可避免的，但是很多操作如水凝胶微球制备和细胞负载的同步进行，对于很多实验人员又是不小的挑战。相比之下，除了一些特殊研究，在水凝胶微球表面培养细胞就显得灵活很多，实验也更加简单。