用于细胞球体批量生产的三维声学装配装置

摘要

细胞球体被认为是生物应用领域的一种潜在模型。本文介绍了使用 3D 声学组装设备可扩展生成细胞球体的协议，它为稳定和快速地制造均匀细胞球体提供了一种有效的方法。

摘要

细胞球体是有前途的三维（3D）模型，在许多生物领域获得了广泛的应用。该协议提出了一种通过机动程序使用 3D 声学组装装置制造高质量和高通量细胞球体的方法。声学组件装置由三个锆钛酸铅 （PZT） 换能器组成，每个换能器都布置在方形聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA） 腔室的 X/Y/Z 平面上。当施加三个信号时，这种配置可以生成悬浮声学节点 （LAN） 的 3D 点阵模式。因此，明胶甲基丙烯酰 （GelMA） 溶液中的细胞可以被驱动到 LAN，在三维空间中形成均匀的细胞聚集体。然后对 GelMA 溶液进行紫外光固化和交联，作为支持细胞聚集体生长的支架。最后，通过随后在温和条件下溶解 GelMA 支架来获得和回收大量成熟的球状体。拟议的新型3D声学细胞组装装置将能够放大细胞球体甚至类器官的制造，为生物领域提供巨大的潜力技术。

引言

与传统的 2D 培养模型相比，3D 体外培养模型提供了更多类似体内的结构和形态学特征，已被公认为各种生物医学应用（如组织工程、疾病建模和药物筛选）中的有前途的系统 ^1,2,3.作为 3D 培养模型的一种类型，细胞球体通常是指细胞聚集，创建以增强细胞-细胞和细胞-基质相互作用为特征的 3D 球状体结构 ^4,5,6。因此，制造细胞球体已成为实现各种生物学研究的有力工具。

已经开发了各种技术，包括悬挂液滴⁷、非粘性板⁸ 或微孔装置⁹，以获得球状体。原则上，这些方法通常通过利用重力等物理力来促进细胞组装，同时最大限度地减少细胞与基材之间的相互作用。然而，它们通常涉及劳动密集型过程，生产率低，并且对控制球体大小^10,11 提....

研究方案

1. 3D声学装配装置的制造

1. 首先通过激光切割准备四个1毫米厚的PMMA片材³⁰，然后继续将它们粘合在一起，形成一个内宽为21毫米，高度为10毫米的方形腔室。
2. 接下来，将另一张 1 毫米厚的 PMMA 片材贴在腔室底部，作为生物墨水的支架。
3. 小心地将三个锆钛酸铅 （PZT） 探头（每个长 20 毫米、宽 10 毫米、厚 0.7 毫米，初级谐振频率为 3 MHz，参见 材料表）分别固定在腔室的三个正交壁的外部。确保底部 PZT 换能器位于腔室下方的中心。
4. 将焊丝焊接到每个 PZT 传感器的两个导电区域。
5. 最后，将设备固定在空心底座上，以防止底部 PZT 与其他台面接触。

2. 设置声学装配系统

1. 首先将声学设备安装到显微镜载物台上，以便俯视观察腔室内部。
2. 将数码显微镜放置在设备没有PZT探头的一侧，以便从侧面观察腔室内部。
3. 将三个 PZT 传感器串联的导线独立连接到三个功率放大器和函数发生器的三个输出通道（参见 材料表）。
4. 对每个 PZT 传感器的函数发生器设置进行编程，指定正弦波形、频率和幅度等参数。

讨论

使用 3D 声学组装设备等技术高效稳定地制造具有高通量的细胞球体，为推进生物医学工程和药物筛选 ^1,2,3 带来了巨大的前景。这种方法通过简单的程序简化了细胞球体的大规模生产。

但是，使用此声学设备时需要考虑一些关键因素。驻波的产生对于构建3D点阵声场至关重要。在该设备中，每个维度中只有.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.22-μm filter	Merck	SLGSM33SS	Used for GelMA solution sterilization
35 mm-cell culture dish	Corning	430165	Used for culturing cells
Confocal microscope	Nikon	A1RHD25	Fluorescent cell observation
DiO dye	Beyotime	C1038	Dye used to stain cells
DMEM	Gibco	12430054	Cell culture media
FBS	Gibco	10099141C	Cell culture media supplement
Function generator	Rigol	DG5352	For RF signal generation
GelMA	Regenovo	none	Used to prepare bioink
GelMA lysis buffer	EFL	EFL-GM-LS-001	Used to dissolve GelMA scaffolds
Inverted microscope	Nikon	Ti-U	Cell observation
LAP	Sigma-Aldrich	900889	Used as photoinitiator
Live-Dead kit	Beyotime	C2015M	Cell vability analysis
PBS	Gibco	10010002	Used as buffer
Penicillin-streptomycin	Gibco	15070063	Prevent cell culture contamination
Power amplifer	Minicircuit	LCY-22+	Increase the voltage amplitude of the RF signal
PZT transducers	Yantai Xingzhiwen Trading Co.,Ltd.	PZT-41	Functional units for acoustic assembly device
T25 cell culture flask	Corning	430639	Used for culturing cells
Trypan blue	Gibco	15250061	Cell counting
Trypsin-EDTA	Gibco	25200056	Cell dissociation enzyme