基于多功能编码微载体的液相细胞芯片研究

Cell researches, such as cell assays and cell cultures, have a demonstrated value in the development of biomedical materials and clinical drugs. The cell assays could be carried out by using flow cytometry or cell microarrays. However, these technologies are still with low throughput and other shortcomings. Meanwhile, microcarriers have been well developed for 3D cell cultures. However, these microcarriers could be used for single kind of cell research in a single vessel. Thus, it is still a challenge to develop a novel technology for high-throughput cell assays and cell cultures. In this research, we proposed a multifunctional microcarrier that composed of encoded core and biocompatible hydrogel shell for the cell researches. The microcarriers could combine the advantages of encoded particle-based suspension array and cell suspension culture. Thus, it is conceived to develop a new technology platform for multiplex cell cultures and assays with low cost, fast reaction and high-throughput.

细胞检测技术在经历了流式生物检测技术和细胞检测阵列两个阶段发展之后，下一阶段的细胞检测方法有待探讨。同时，细胞培养技术正逐渐由固定培养和悬浮培养向微载体培养转化。在本项目研究中我们首次提出了利用液相芯片的编码微载体进行多元细胞培养和分析。我们将利用微流控技术制备一系列具有编码内核和生物相容性水凝胶壳层的新型多功能微载体，并建立基于液相芯片技术的高通量细胞信息获取方法。该技术在细胞培养方面具有悬浮培养和贴壁三维生长的优点，而在细胞检测方面具有灵活性高，反应速度快，检测方便，选材范围广等特点，它将有望成为一种新的多元细胞分析技术。

细胞检测技术在经历了流式生物检测技术和细胞检测阵列两个阶段发展之后，下一阶段的细胞检测方法有待探讨。同时，细胞培养技术正逐渐由固定培养和悬浮培养向微载体培养转化。因此，本项目提出“基于多功能编码微载体的液相细胞芯片研究”的设想，我们利用微流控技术制备了一系列具有编码内核和生物相容性水凝胶壳层的新型微载体，并建立基于液相芯片技术的高通量细胞信息获取方法。该技术在细胞培养方面具有悬浮培养和贴壁三维生长的优点，而在细胞检测方面具有灵活性高，反应速度快，检测方便，选材范围广等特点。此外，本项目还设计和开发了多种负载有药物或其他活性分子的多功能微载体，并成功用于药物递送、食品或药品监测、组织工程等多个领域，解决了生物医学领域中的细胞培养、实时监控、组织修复及再生等多项科学和技术瓶颈问题，实现了项目申请书中既定的目标。相关研究共发表致谢SCI论文63篇，其中21篇影响因子大于10，包括Science子刊Sci. Robot.、Sci. Adv. (3篇)，Nature子刊Nat. Protoc.，PNAS，JACS，Adv. Mater. (4篇)，Angew. Chem.，Adv. Funct. Mater. (4篇)，Mater. Horiz.（2篇），Sci. China. Mater.（4篇）等国内外权威期刊。研究成果受到国际国内同行的广泛关注，并被国内外主流媒体如MIT科技、北美Discovery频道、CCTV、新华社等追踪或专题报道。由于本研究所产生的国际影响，我们还应邀在国际顶级期刊Chem. Rev.、Acc. Chem. Res.、Small、Mater. Today等杂志上撰写相关领域的综述。在成果转化方面，共计申请专利29项，授权1项，部分技术成果正与相关企业洽谈转让事宜。在人才培养方面，已毕业博士4人，硕士5人，目前在读博士6人，硕士8人，博士后在站2人，指导的学生均取得了良好的成绩并发表了高水平论文，毕业生多选择赴哈佛大学、新加坡国立大学等国际知名大学继续留学深造。