传统的细胞培养方法存在局限性，例如在聚合过程中细胞可能受到光诱导自由基刺激和离子介导的干扰，影响细胞活性。而现有的孔壳微凝胶（hole−shell microgels）虽然能避免这些干扰，但其制备依赖于水-油两相系统（ATPS），限制了其在多种物质中的应用。因此，本研究提出了一种新的油相冷冻收缩自成型机制，用于制造摇篮形微凝胶（microcradles），以克服现有方法的限制，并
通过多糖掺杂增强其功能性，为细胞培养、药物递送和3D打印
等领域提供新的解决方案。
本期，EFL以发表在
《ACS Nano》
上的
“Composition Tuning of Semi-Open Cell Carriers via Phase Freeze-Shrink Self-Molding”
研究为例，
解析如何用
聚乙二醇二丙烯
酸酯（PEGDA）和多糖构建多种细胞模型？
为什么选择PEGDA和多糖微凝胶构建多种细胞模型？
PEGDA具有良好的生物相容性和可调节的机械性能，能够提供稳定的细胞培养环境。同时，多糖（如透明质酸钠、葡聚糖等）具有丰富的生物活性，能够模拟细胞外基质的生理特性，支持细胞的黏附、增殖和分化
。
通过将多糖掺杂到PEGDA基质中，不仅可以增强微凝胶的功能性，还能实现对特定细胞类型的选择性培养，从而为研究细胞行为、细胞间通信以及药物递送等提供理想的模型平台。
通过微流控装置将含有PEGDA和多糖的水相与油相混合，形成水包油（W/O）滴。接着，将这些滴置于低温环境中，使油相冻结并收缩，导致滴的内核坍塌形成摇篮形状。随后，利用紫外线交联固化微滴，形成具有稳定结构的摇篮形微凝胶。最后，通过乙醇和正己烷清洗微凝胶以去除残留的油相和表面活性剂，并将其保存在乙醇中。整个过程通过精确控制油相流速和温度，实现了微凝胶大小和组成的调控，同时通过多糖掺杂增强了微凝胶的功能性，使其适用于细胞培养和生物医学应用。
PEGDA和多糖摇篮形微凝胶用于构建多种细胞模型的优势及作用
图1 用于生成摇篮状微凝胶的冷冻收缩自成型（FS）机制
如图1所示，水包油（W/O）滴在低温下油相冻结并收缩，导致滴的内核坍塌形成摇篮形状，随后通过紫外线交联固定该形状。
这种机制不仅实现了微凝胶从球形到摇篮形的可控转变，还通过微流控技术精确调控了微凝胶的大小，使其能够适应单细胞或多细胞培养的需求。
这一过程为构建多种细胞模型提供了高度可定制化的微环境，支持细胞的特异性培养和研究。
图2 单细胞/多细胞培养的PEGDA微摇篮大小调节
如图2所示，
通过微流控技术，能够精确控制油相流速，从而实现微凝胶尺寸和空腔直径的精确调节
。
随着油相流速的增加，微凝胶的粒径减小，而空腔直径也随之减小。
这种尺寸可调性使得微凝胶能够适应单细胞或多细胞培养的需求，小空腔的微凝胶可以容纳单个细胞，而大空腔的微凝胶可以容纳多个细胞。
此外，微凝胶的半开放结构允许细胞分泌物的交换，同时限制细胞的自由移动，为研究细胞行为和细胞间通信提供了理想的平台。
如图3所示，通过共聚焦荧光显微镜和扫描电子显微镜（SEM）成像，验证了多种
多糖（如透明质酸钠、葡聚糖、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠和明胶）能够均匀掺杂到PEGDA基质中，并成功形成具有开口空腔的摇篮形微凝胶
。
荧光共定位图像显示多糖与PEGDA之间存在显著的重叠，表明多糖在微凝胶中均匀分布。此外，通过荧光强度分析和3D图像重建，进一步确认了微凝胶的结构特性，以及不同多糖掺杂对微凝胶空腔深度的影响，为后续的细胞培养和生物医学应用提供了重要的结构基础。
图4 细胞在掺杂透明质酸钠的PEGDA/HA1和PEGDA/HA2微摇篮中的孵育/蓄积/滞留
如图4所示，
PEGDA/HA2微凝胶对CD44阳性细胞（如A549和RAW 264.7细胞）具有显著的吸附和保留能力，能够选择性地富集这些细胞
，
而对CD44阴性细胞（如3T3-L1细胞）则无明显吸附作用。在细胞培养过程中，
微凝胶不仅能够支持单细胞和多细胞的培养，还能促进细胞球体的形成，且细胞在微凝胶中表现出良好的增殖和分化能力。
本文开发了一种基于油相冷冻收缩自成型机制的摇篮形微凝胶（microcradles），用于构建多种细胞模型。
通过PEGDA（聚乙二醇二丙烯酸酯）和多种多糖（如透明质酸钠、葡聚糖等）的结合，这些微凝胶不仅具有良好的生物相容性和可调节的机械性能，还能模拟细胞外基质的生理特性。微凝胶的尺寸和组成可通过微流控技术和多糖掺杂进行精确调控，实现单细胞或多细胞培养，并支持细胞的黏附、增殖和球体形成
。
特别是透明质酸钠的掺杂显著增强了对CD44阳性细胞的选择性培养能力。这种新型微凝胶为
细胞异质性研究、细胞间通信、药物递送以及3D打印
等生物医学应用提供了高效、多功能的平台。
EFL生物材料产品介绍 (qq.com)
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c08148
