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(jin)天就將(jiang)為大家分享一(yi)篇微流(liu)控領(ling)域研究成果，一(yi)起接著往下看吧(ba)~

　　在肌(ji)肉(rou)組織中，當線粒(li)體(ti)(ti)(ti)DNA異(yi)質性超(chao)過一(yi)定水平或者線粒(li)體(ti)(ti)(ti)功(gong)能(neng)失調時，會(hui)產生較少的三磷酸(suan)腺苷（ATP）和(he)過多的活性氧（ROS），這會(hui)引發肌(ji)肉(rou)的萎(wei)縮、無力(li)和(he)耐力(li)喪失。因此，研究如何恢(hui)復或改善線粒(li)體(ti)(ti)(ti)功(gong)能(neng)以促(cu)進(jin)肌(ji)肉(rou)再生是一(yi)個有吸引力(li)的課(ke)題(ti)。

　　線(xian)粒(li)體(ti)轉(zhuan)移(yi)是在各種病(bing)理條件(jian)下恢復(fu)受損細胞(bao)的自(zi)發過(guo)程。在給藥之前將線(xian)粒(li)體(ti)轉(zhuan)移(yi)到細胞(bao)治(zhi)療(liao)產品中(zhong)可以提高治(zhi)療(liao)效果(guo)。然而，先前報道的線(xian)粒(li)體(ti)轉(zhuan)移(yi)方法效率低，限(xian)制了它們的臨床應用。

　　為(wei)了(le)克服這些挑戰(zhan)，香港城市大學孫東教(jiao)授團(tuan)隊提(ti)出了(le)一種(zhong)基于液滴微流控(kong)的線粒(li)體轉移技術(shu)，可(ke)以實現高效、高通量(liang)的線粒(li)體定量(liang)轉移至單細胞。該技術(shu)結合了(le)共(gong)培養(yang)和(he)液滴微流控(kong)的優點，對肌肉再生有較好的治療作用(yong)。相關工作以“High-efficiency quantitative control of mitochondrial transfer based on droplet microfluidics and its application on muscle regeneration”為(wei)題，于2022年8月17日發表在《Science Advances》上。

　　1.基于液滴(di)微流控的線粒體轉移系統(tong)

　　研究者開發(fa)的基于液(ye)滴(di)微流控的線粒體轉移系(xi)統由三個模(mo)塊(kuai)組(zu)成(cheng)：液(ye)滴(di)生成(cheng)模(mo)塊(kuai)、液(ye)滴(di)觀察模(mo)塊(kuai)和(he)液(ye)滴(di)收集模(mo)塊(kuai)。

　　本(ben)系統采用流動聚焦(jiao)結構(gou)(gou)將線粒體(ti)(ti)受體(ti)(ti)C2C12細胞(bao)(bao)懸液(ye)和分離的線粒體(ti)(ti)懸液(ye)這兩種懸浮液(ye)分離成(cheng)液(ye)滴，波(bo)浪狀結構(gou)(gou)用于增加單細胞(bao)(bao)封裝率，同時(shi)降低多(duo)細胞(bao)(bao)封裝率，提高(gao)封裝效(xiao)率。（圖1）

　　圖(tu)1系統(tong)安(an)裝示意圖(tu)、基于液滴微(wei)流控的線(xian)粒體(ti)轉移技術(shu)的工作(zuo)流程和實(shi)驗(yan)評估

　　從圖2觀察(cha)到，線粒(li)(li)體(ti)受(shou)體(ti)細(xi)胞C2C12和新鮮分離的(de)線粒(li)(li)體(ti)加載到微流控芯片中進行(xing)封(feng)裝(zhuang)和線粒(li)(li)體(ti)轉移的(de)過程。在產生的(de)液滴(di)中共(gong)培養2小時后，分離的(de)線粒(li)(li)體(ti)通過內吞作用被受(shou)體(ti)細(xi)胞吸(xi)收。

　　通過(guo)波浪狀結(jie)構，封(feng)裝(zhuang)效率(lv)提高到(dao)超過(guo)泊(bo)松分布，單細胞(bao)封(feng)裝(zhuang)效率(lv)可(ke)達到(dao)約(yue)47.8％，而多細胞(bao)封(feng)裝(zhuang)率(lv)被(bei)抑制至約(yue)5.9％。線粒(li)體轉移效率(lv)，隨著液滴(di)直(zhi)徑的增加而略微下降，但均(jun)在70%以(yi)(yi)上。使用本線粒(li)體轉移系統進行處理后，受體細胞(bao)的存活率(lv)仍然可(ke)以(yi)(yi)保持相對較(jiao)高。

　　圖2基于液(ye)滴(di)微流控的線(xian)粒(li)體轉移系(xi)統展示

　　3.高效定量(liang)線粒體(ti)轉移(yi)

　　液(ye)滴的(de)(de)封閉微環境限(xian)制了分(fen)離(li)(li)的(de)(de)線(xian)粒(li)(li)(li)體(ti)(ti)的(de)(de)移動距離(li)(li)，增加了分(fen)離(li)(li)的(de)(de)線(xian)粒(li)(li)(li)體(ti)(ti)接觸細(xi)胞的(de)(de)概(gai)率(lv)。而轉(zhuan)移到液(ye)滴細(xi)胞中(zhong)的(de)(de)線(xian)粒(li)(li)(li)體(ti)(ti)數量(liang)可以通(tong)過調整線(xian)粒(li)(li)(li)體(ti)(ti)懸浮液(ye)的(de)(de)濃(nong)度來控制，從而可以對轉(zhuan)移到受體(ti)(ti)細(xi)胞中(zhong)的(de)(de)線(xian)粒(li)(li)(li)體(ti)(ti)進(jin)行定(ding)量(liang)控制。

　　在本(ben)研(yan)究(jiu)中，研(yan)究(jiu)者使用(yong)了(le)三種不同濃度(du)的(de)分離(li)線粒(li)(li)體(ti)懸浮液(ye)來驗證所(suo)提出系統的(de)轉(zhuan)移效(xiao)率(lv)。隨著濃度(du)的(de)增加，線粒(li)(li)體(ti)轉(zhuan)移效(xiao)率(lv)略微上升。通過共聚焦顯(xian)微鏡進(jin)行觀(guan)察和3D重建。（圖(tu)3）

　　圖3采(cai)用(yong)所(suo)提出(chu)的基于液(ye)滴的方法對(dui)線粒體轉移進行定量控制

　　4.線粒體轉移促進C2C12細胞增殖和成(cheng)肌分化的體外研究(jiu)

　　研(yan)究者(zhe)通(tong)過肌(ji)生成測(ce)(ce)定，來測(ce)(ce)試C2C12成肌(ji)細胞在使用本技術(shu)進行線(xian)粒體轉移后(hou)的分化能力。結果(guo)表明，高(gao)線(xian)粒體轉移組ATP水平和mtDNA含量顯(xian)著增加。（圖4）

　　圖4線粒(li)體(ti)轉(zhuan)移對C2C12成肌細胞成肌分化(hua)作用的體(ti)外研究

　　通過qPCR分(fen)析肌肉再生相關基因(yin)的表達(da)水平(ping)。除磷酸(suan)(suan)甘油酸(suan)(suan)激酶(mei)1（Pgk1）外，其他標志物(wu)均以濃度依賴性(xing)方式在線粒體轉(zhuan)移(yi)時顯示(shi)出表達(da)上調。特別的是(shi)，轉(zhuan)移(yi)的線粒體過少或過多都(dou)不能促進Pgk1的表達(da)，這一現象進一步表明了定(ding)量(liang)控制線粒體轉(zhuan)移(yi)在精準(zhun)醫學中的重要(yao)性(xing)。（圖5）

　　上述體(ti)外實驗結果(guo)(guo)表明，高線粒體(ti)轉移細胞（31個/每(mei)細胞），可以(yi)明顯增強(qiang)成肌(ji)分化和(he)ATP的產生(sheng)能力(li)。基(ji)于此(ci)，研究者在(zai)動物(wu)實驗中使用高線粒體(ti)轉移細胞來研究細胞療法(fa)治(zhi)療的功能結果(guo)(guo)和(he)劑量效(xiao)應(ying)。

　　圖5線粒體(ti)(ti)轉移后(hou)C2C12細胞在(zai)成肌分(fen)化過程中的(de)肌源性因子和線粒體(ti)(ti)相關基因的(de)表達情(qing)況(kuang)

　　6.肌(ji)內(nei)注(zhu)射(she)線粒體轉移的C2C12以(yi)改善(shan)肌(ji)肉(rou)愈合(he)質量和(he)功能

　　研究(jiu)者通過(guo)(guo)小(xiao)鼠肌肉損傷模型，來評估該技術(shu)的(de)肌肉再生效果(guo)。沒有線粒(li)體轉(zhuan)移的(de)成肌細(xi)胞移植不足以促進受傷肌肉的(de)愈合(he)過(guo)(guo)程，注(zhu)射高劑量細(xi)胞后可(ke)能產生免(mian)疫反(fan)應，而注(zhu)射低劑量線粒(li)體轉(zhuan)移的(de)C2C12細(xi)胞（LH組）獲得本研究(jiu)中最令(ling)人滿(man)意的(de)愈合(he)結果(guo)。（圖6）

　　圖(tu)6體內研(yan)究(jiu)線粒體轉移的C2C12注(zhu)射對肌肉(rou)再生的影響

　　基因分析結果同(tong)樣證明，LH的(de)表(biao)達上調最高，這與功能(neng)評估中的(de)最佳愈合結果一致。（圖7）

　　圖7C2C12細胞注射后肌(ji)肉損傷小鼠的肌(ji)源性因(yin)子和線粒體代謝基因(yin)表達水平

ATA-7030高壓放大器

　　帶寬：（-3dB）DC~5kHz

　　電壓：6kVp-p（±3kVp）

　　電(dian)流：30mAp

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