微流控技術是一種通過微小的通道和微型裝置對流體進行精確操控和分析的技術。它是現代醫學技術發展過程中的一種重要的生物醫學工程技術，具有廣泛的應用前景和重要性。它在高通量分析、個性化醫療、細胞篩選等方面有著巨大的潛力，Aigtek安泰電子今天就將為大家(jia)分享(xiang)一(yi)篇微流(liu)控領域(yu)研究成果，一(yi)起接著(zhu)往下看吧~

　　在肌(ji)肉組織(zhi)中，當線(xian)粒(li)體(ti)DNA異(yi)質性超(chao)過一定水平或(huo)者線(xian)粒(li)體(ti)功能(neng)失調(diao)時，會產生較少的三磷酸(suan)腺(xian)苷（ATP）和(he)(he)過多的活性氧(yang)（ROS），這會引(yin)發肌(ji)肉的萎縮、無力和(he)(he)耐力喪失。因此，研究如(ru)何恢復(fu)或(huo)改善(shan)線(xian)粒(li)體(ti)功能(neng)以促進肌(ji)肉再生是一個有吸引(yin)力的課題。

　　線(xian)粒體(ti)轉移(yi)是(shi)在各種(zhong)病理條件下(xia)恢復受損細(xi)胞(bao)的自發過程(cheng)。在給藥之前將線(xian)粒體(ti)轉移(yi)到細(xi)胞(bao)治療(liao)產品中可(ke)以提高治療(liao)效果。然而，先前報道(dao)的線(xian)粒體(ti)轉移(yi)方法效率低，限制了它(ta)們的臨床應用。

　　為了(le)克服(fu)這些(xie)挑戰，香港城市大學(xue)孫東教授團隊提出了(le)一種基(ji)于液滴微流(liu)控的(de)線粒體轉(zhuan)移(yi)技(ji)術，可以實現高(gao)效、高(gao)通量的(de)線粒體定量轉(zhuan)移(yi)至單細胞。該(gai)技(ji)術結合了(le)共培養(yang)和液滴微流(liu)控的(de)優點，對(dui)肌(ji)肉再生有(you)較(jiao)好(hao)的(de)治(zhi)療作用。相關工(gong)作以“High-efficiencyquantitativecontrolofmitochondrialtransferbasedondropletmicrofluidicsanditsapplicationonmuscleregeneration”為題，于2022年8月17日發表在《ScienceAdvances》上(shang)。

　　1.基于液(ye)滴微流(liu)控的線(xian)粒(li)體轉移系統

　　研究者開(kai)發的(de)基于(yu)液滴微流(liu)控的(de)線粒體轉(zhuan)移(yi)系統由三個(ge)模(mo)塊(kuai)(kuai)組(zu)成(cheng)(cheng)：液滴生成(cheng)(cheng)模(mo)塊(kuai)(kuai)、液滴觀察模(mo)塊(kuai)(kuai)和液滴收集模(mo)塊(kuai)(kuai)。

　　本(ben)系統采用流動聚焦結(jie)構將線粒(li)體受體C2C12細(xi)胞懸液和分離的線粒(li)體懸液這兩種懸浮液分離成液滴，波(bo)浪狀結(jie)構用于(yu)增(zeng)加單(dan)細(xi)胞封(feng)裝率，同時降低多細(xi)胞封(feng)裝率，提(ti)高封(feng)裝效(xiao)率。（圖1）

　　圖1系統安(an)裝示意圖、基于液滴微流控的線粒體轉移技術的工作流程和實(shi)驗評估

　　從圖(tu)2觀(guan)察到(dao)(dao)，線(xian)粒體受體細(xi)胞C2C12和新鮮分離的線(xian)粒體加載到(dao)(dao)微流控(kong)芯片中進行封裝和線(xian)粒體轉移的過(guo)程。在產生(sheng)的液滴中共培養2小時后，分離的線(xian)粒體通過(guo)內吞(tun)作用被受體細(xi)胞吸收(shou)。

　　通過波浪狀結構(gou)，封(feng)裝效(xiao)率(lv)提(ti)高到(dao)超過泊松分布，單細胞封(feng)裝效(xiao)率(lv)可達到(dao)約47.8％，而多細胞封(feng)裝率(lv)被抑(yi)制至(zhi)約5.9％。線(xian)粒體(ti)轉移效(xiao)率(lv)，隨著液滴直徑(jing)的增加而略微下降，但(dan)均在70%以上。使用本線(xian)粒體(ti)轉移系統進行(xing)處理后，受體(ti)細胞的存活(huo)率(lv)仍(reng)然可以保持(chi)相對較高。

　　圖2基于液滴微流控(kong)的線粒體轉移系統展示

　　3.高效(xiao)定量線(xian)粒(li)體轉移

　　液滴的(de)(de)封(feng)閉微環境限制(zhi)了(le)分(fen)離(li)的(de)(de)線(xian)(xian)粒(li)(li)(li)體的(de)(de)移(yi)動距離(li)，增加了(le)分(fen)離(li)的(de)(de)線(xian)(xian)粒(li)(li)(li)體接觸細(xi)胞的(de)(de)概率。而轉移(yi)到液滴細(xi)胞中(zhong)的(de)(de)線(xian)(xian)粒(li)(li)(li)體數量(liang)可以通(tong)過(guo)調整線(xian)(xian)粒(li)(li)(li)體懸浮液的(de)(de)濃度來控制(zhi)，從(cong)而可以對轉移(yi)到受體細(xi)胞中(zhong)的(de)(de)線(xian)(xian)粒(li)(li)(li)體進行定量(liang)控制(zhi)。

　　在本(ben)研究(jiu)中，研究(jiu)者使(shi)用了三種不同濃度(du)的(de)分離線粒體懸(xuan)浮液來驗(yan)證所提出系統的(de)轉移效率。隨著(zhu)濃度(du)的(de)增(zeng)加，線粒體轉移效率略(lve)微(wei)上升。通過共聚(ju)焦顯微(wei)鏡(jing)進(jin)行觀(guan)察和(he)3D重建。（圖3）

　　圖3采用所(suo)提出的基(ji)于液滴的方法對線粒(li)體轉移進(jin)行定量(liang)控制

　　4.線(xian)粒體轉移促進(jin)C2C12細胞增殖和成肌分化的體外研究

　　研究者通(tong)過肌生成測(ce)定，來測(ce)試C2C12成肌細胞在使用本技術進行線粒體轉移后的分(fen)化能力。結果表明(ming)，高線粒體轉移組(zu)ATP水平和(he)mtDNA含(han)量顯著增(zeng)加。（圖(tu)4）

　　圖4線粒體轉(zhuan)移對C2C12成肌細(xi)胞成肌分化作用的體外研究

　　通過(guo)qPCR分析肌肉(rou)再生相關基因的(de)表(biao)達(da)(da)水(shui)平。除磷酸甘油酸激酶1（Pgk1）外，其他標(biao)志物均以濃度依賴性方(fang)式在線粒(li)體(ti)轉(zhuan)移(yi)時顯示出表(biao)達(da)(da)上(shang)調。特別的(de)是，轉(zhuan)移(yi)的(de)線粒(li)體(ti)過(guo)少或過(guo)多(duo)都不能促進Pgk1的(de)表(biao)達(da)(da)，這一現象進一步表(biao)明了定(ding)量(liang)控制線粒(li)體(ti)轉(zhuan)移(yi)在精準醫(yi)學中(zhong)的(de)重要性。（圖5）

　　上述體(ti)外實(shi)驗結(jie)(jie)果表明，高線(xian)粒體(ti)轉移(yi)細(xi)(xi)胞（31個/每細(xi)(xi)胞），可以明顯增強成肌分化和ATP的(de)產生能力(li)。基于此(ci)，研究(jiu)者在動物實(shi)驗中使用高線(xian)粒體(ti)轉移(yi)細(xi)(xi)胞來(lai)研究(jiu)細(xi)(xi)胞療(liao)法治療(liao)的(de)功能結(jie)(jie)果和劑量(liang)效應(ying)。

　　圖5線粒體轉移后C2C12細胞在成(cheng)肌(ji)分化(hua)過程中的肌(ji)源性(xing)因子和線粒體相關基因的表(biao)達(da)情況

　　6.肌(ji)(ji)內注射線(xian)粒體轉移(yi)的C2C12以(yi)改善肌(ji)(ji)肉愈合(he)質量和功能(neng)

　　研究者通過小鼠肌肉損(sun)傷模型，來(lai)評估該技術(shu)的(de)肌肉再生(sheng)效(xiao)果。沒有線(xian)粒體轉(zhuan)移的(de)成肌細(xi)胞(bao)移植不足以促進(jin)受傷肌肉的(de)愈(yu)合(he)過程，注射高(gao)劑(ji)量細(xi)胞(bao)后(hou)可能產生(sheng)免疫反應，而注射低劑(ji)量線(xian)粒體轉(zhuan)移的(de)C2C12細(xi)胞(bao)（LH組）獲得(de)本研究中最(zui)令人滿(man)意的(de)愈(yu)合(he)結果。（圖6）

　　圖6體內(nei)研究線粒體轉移的(de)C2C12注射對肌肉(rou)再(zai)生的(de)影響

　　基因分(fen)析(xi)結果同樣證明，LH的表達上調最(zui)高，這(zhe)與功能評估中(zhong)的最(zui)佳愈合結果一致。（圖7）

　　圖7C2C12細胞(bao)注射(she)后肌肉損(sun)傷小鼠的肌源(yuan)性因(yin)子和線粒體代謝(xie)基因(yin)表達水平

　　本文(wen)作者(zhe)開發了(le)一(yi)種新的(de)基于(yu)液滴(di)微流(liu)控的(de)線(xian)粒(li)(li)體轉移(yi)方法，以克服(fu)定量高(gao)(gao)通量轉移(yi)的(de)局限(xian)性。本研(yan)究開辟了(le)一(yi)條在給藥前使(shi)用高(gao)(gao)效和高(gao)(gao)通量線(xian)粒(li)(li)體轉移(yi)技(ji)術來操(cao)縱細胞(bao)治療(liao)產品的(de)新途徑。所提出(chu)的(de)技(ji)術可以顯著促進線(xian)粒(li)(li)體轉移(yi)的(de)臨床應用，優化細胞(bao)功(gong)能改善，用于(yu)線(xian)粒(li)(li)體相(xiang)關(guan)疾病的(de)細胞(bao)治療(liao)。

　　ATA-2048高壓放大器

　　帶(dai)寬：（-3dB）DC~1MHz

　　電(dian)壓：400Vp-p（±200Vp）

　　電流：80mAp

　　功率：16Wp

　　10mV/V電壓監測

　　可程控

西安安泰電子是專(zhuan)業從事(shi)功(gong)率放(fang)大(da)器、高(gao)壓放大器(qi)、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電(dian)壓源(yuan)、高精度電(dian)流源(yuan)等電(dian)子測(ce)(ce)量儀器(qi)(qi)研發、生產和銷售的高科技企業(ye)，為用戶提供(gong)具有競爭力的測(ce)(ce)試方案(an)。Aigtek已經成為在業(ye)界擁(yong)有廣泛產品線，且具有相當規(gui)模(mo)的儀器(qi)(qi)設備供(gong)應商，樣機都支持免(mian)費試用。如想了(le)解更多(duo)功率放(fang)大器(qi)(qi)等產品，請(qing)持續(xu)關(guan)注(zhu)安(an)泰電(dian)子官(guan)網hkdyw.cn或撥打029-88865020。