具有长距离纤维排列的微工程3D胶原蛋白水凝胶

该协议演示了使用沿流体流动方向改变几何形状的微流体通道来产生拉伸应变（拉伸）以在3D胶原水凝胶（厚度<250μm）中对齐纤维。由此产生的对齐延伸几毫米，并受拉伸应变率的影响。

排列的胶原I（COL1）纤维引导肿瘤细胞运动，影响内皮细胞形态，控制干细胞分化，是心脏和肌肉骨骼组织的标志。为了研究细胞对 体外排列微环境的反应，已经开发了几种协议来生成具有定义纤维排列的COL1基质，包括磁性，机械，基于细胞和微流体方法。其中，微流体方法提供了先进的功能，例如精确控制流体流动和细胞微环境。然而，用于高级 体外 培养平台生成对齐COL1基质的微流体方法仅限于COL1纤维的薄“垫”（厚度<40μm），其延伸距离小于500μm，不利于3D细胞培养应用。在这里，我们提出了一种协议来制造3D COL1矩阵（厚度为130-250μm），该矩阵具有微流体装置中定义的纤维排列的毫米级区域。该平台提供先进的细胞培养功能，通过直接访问用于细胞培养的微工程基质来模拟结构化组织微环境。

细胞驻留在称为细胞外基质（ECM）的复杂3D纤维网络中，其中大部分由结构蛋白I型胶原蛋白（COL1^）组成1^，2。ECM的生物物理特性为细胞提供指导线索，作为回应，细胞重塑ECM微结构³，^4，5。这些相互的细胞-基质相互作用可以产生排列的COL1纤维结构域⁶，其促进^{肿瘤环境中的}血管生成和细胞侵袭7，⁸，⁹并影响细胞形态10，11，^12，极化13和分化¹⁴。排列的胶原纤维还可以促进伤口愈合¹⁵，在组织发育中起关键作用

1. 两件式通道和模块化平台底座的制造

注意：微流体通道由两部分构成 - 微流体通道“切口”，它是从规定厚度的聚二甲基硅氧烷（PDMS）片上切割的剃刀，以及通道盖，可逆地粘合到切口并形成通道。通道被聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）框架包围，该框架将充当介质储液器（图1）。PMMA框架还可用于磁性锁存专用模块以增加功能。

1. PDMS ?.......

当自组装COL1解流过横截面积减小的通道时，COL1解的流速（v x）沿两段之间的收缩长度（∂x）局部增加一个量级∂v x，导致拉伸应变率（ε̇），其中ε̇ = ∂v x/∂_x。拉伸应变率可以通过流体速度计算，流体速度是使用粒子图像测速法（PIV）测量的，如图2所示。

先前，已经表明局部拉伸应变促进长距离COL1纤维排列^37.......

已经使用磁性方法、机械应变的直接应用和微流体技术描述了生成具有排列纤维的 COL1 矩阵的协议⁴⁷。微流体方法通常用于创建微生理系统，因为它们具有明确定义的流动和运输特性，可以精确控制生化微环境。由于排列的COL1纤维在病理生理过程中（如伤口愈合，肿瘤细胞侵袭和组织发育）提供了关键的指导性线索，因此在微流体系统中生成排列的COL1基质是朝着开发生物学相关.......

这项工作得到了美国国立卫生研究院的部分支持，奖励号为R21GM143658，美国国家科学基金会的资助号为2150798。内容完全由作者负责，不一定代表资助机构的官方观点。