第 621 期

研究發展
微流懸吊液珠細胞球狀體培養技術
Microfluidic hanging drop chip - Method and device for generating cell aggregates

胚胎體（embryonic body）的形成在胚胎幹細胞分化過程中扮演了重要的角色。傳統上最廣泛使用形成胚胎體的方式為「懸吊式液珠技術（hanging drop）」，此方式通常是把胚胎幹細胞懸浮液，點在細胞培養皿的上蓋形成液珠的形狀，再因地心引力的關係，使胚胎幹細胞聚集在液珠的底部形成胚胎體；然而，此方法不僅耗時費力，且在更換培養液上也較困難。為了解決這些問題，本院生醫工程與奈米醫學研究所許家賢助研究員團隊發展了一個微流體陣列式的懸吊式液珠晶片，用以快速地產生大量的液珠來製作胚胎體；培養液在晶片中也可以微流道來進行置換，有利於進行長時間細胞培養的實驗。本院已於今年7月23日台灣生技月-生物科技大展系列活動本院之「創新生醫技術招商說明會」中發表此項技術。

此微流體懸吊式晶片是使用聚二甲基矽氧烷（PDMS）材料接合在玻璃底板上（圖a），以形成晶片的主體；晶片當中具有微流道，其寬有1,600微米、深為120 微米。在微流道的屋具有4 x 9個開口，每一個開口直徑為1,000微米、深度130微米。此晶片的PDMS結構部分，是先由軟微影技術（soft lithography）製作出裝置模型，再使用PDMS材料以及軟蝕刻技術製作完成。由圖b所示，研究團隊先以75%的酒精清洗晶片，將培養液注入置換酒精，再利用液壓的方式把密度為7.5 x 105 cell/m的胚胎幹細胞通入微流道中。接著提高入口培養液槽和出口培養液槽以產生所需要的液壓，維持液珠的形狀，讓細胞聚集在液珠底端並形成胚胎體。起初，研究團隊用不同的液壓來測試最適當的液珠大小，得到最佳的液壓為0.8 dyne/cm2；當研究團隊將培養液注滿晶片並產生液珠後，在1小時內即將注入的胚胎幹細胞集中到液珠底部的中間，並在培養12個小時之後，在每個液珠當中產生一個胚胎體。每經過24小時時，研究團隊會在入口槽加入50 μl的培養液，透過微流道來置換培養液。圖c為在培養58小時後的胚胎體，可以看到均勻的胚胎體 （直徑約200微米）在晶片中形成；研究團隊利用活死染色法（live/dead staining）測試，顯示晶片當中的胚胎體仍存活著。

整體而言，這個晶片技術優點與目前技術水準比較：(1)液滴生成方面：可以高通量產生大量尺寸與形狀相同之個別液滴；(2)細胞操作方面：可以高通量載入細胞，不需個別將細胞載入液滴，且每個液滴中載入之細胞數目可藉由細胞濃度之調整進行控制；(3)細胞培養液操作方面：細胞培養過程中，液滴中液體置換容易，可供長時間細胞培養以及實驗過程對細胞施加藥物或試劑之使用；(4)試劑消耗方面：微小化之液滴可以節省昂貴之培養液以及試劑使用量。

此技術可應用在：幹細胞培養與分化（stem cell culture and differentiation drug）、癌細胞藥物測試（screening on 3D cultured cancer cells）、組織工程研究（tissue engineering studies）及發育生物學研究（developmental biology studies）。
《文：編輯中心整理；圖/資料來源：生醫工程與奈米醫學研究所許家賢助研究員、吳慧紋博士後研究員》