近日，山东大学生态环境损害鉴定研究院程永强研究员课题组在细胞三维（3D）培养领域取得新进展。相关研究成果以“Multi-well plate-based versatile platform for online fabricating alginate hydrogel microspheres and in-situ 3D cell culture”为题发表在国际分析化学权威Top期刊《Analytica Chimica Acta》上。《Analytica Chimica Acta》（简称ACA）是一本以分析化学综合研究为特色的国际期刊，注重分析化学领域的重点研究和前沿进展，及时刊载和报道该领域的研究成果。课题组博士研究生张子威为第一作者，程永强研究员为通讯作者，山东大学为唯一通讯单位。

水凝胶微球由于能够提供类似的体内微环境，允许营养物质和代谢物的交换和精准调控微环境的优势，在3D细胞培养、组织工程等领域具有广泛的应用潜能。目前，海藻酸盐水凝胶微球（AHMs）因其具有良好的生物相容性、低成本、无毒和可生物降解等性能而备受关注。AHMs的制备方法主要包括被动挤出、静电滴注和微流控芯片技术，然而这些方法往往需要在操作复杂性、制造成本和实际应用之间进行权衡。

本工作，我们首先对凝胶微球生成过程展开研究，通过对凝胶微球生成机理，影响交联的主要因素（Ca-EDTA，乙酸，固化剂浓度）进行分析。针对研究结果我们提出了一种新型AHMs生成方法，包括以下4个步骤：（1）乳化，这一阶段基于BCCD系统在油相中产生海藻酸盐液滴。（2）预凝胶化（Pre-gelation）：在油相中进行外部交联，使海藻酸盐滴液形成球形的外壳。此过程使用了Ca-EDTA络合物作为Ca2+源。（3）自发破乳，这一阶段是这些液滴在重力作用下突破油水界面进入CaCl2溶液，液滴表面的油膜被自发去除。（4）固化，这一阶段是固化剂层中的Ca2+渗透到藻酸盐液滴内部进行内部交联，藻酸盐液滴进一步固化形成AHMs。总之该方法避免了复杂的微加工过程，结合本课题组开发的BCCD系统并利用重力驱动在线凝胶化，可直接在多孔板中高效、均匀的制备AHMs，以便后续的培养和原位监测。

我们将此方法应用于：（1）细菌的原位3D培养。相比较液滴培养而言，AHMs凭借营养在线交换的优势允许细菌持续生长至少24小时。（2）细菌的快速药物敏感性测试。AHMs包裹细菌与抗生素作用，能够在2小时内准确分析出最小抑菌浓度。（3）单细胞的原位3D培养。AHMs内的HeLa细胞持续增殖，5天内的细胞活力高于85%。随着培养时间的延长，AHMs内的单细胞陆续出现细胞小群体和细胞团的形态。这些结果表明，本平台有望为环境毒理、生物医学、组织工程等领域提供一种很有前途的原位3D细胞培养工具。

程永强课题组主要从事痕量污染分析及溯源技术、环境分析、环境污染与人体健康等方面的研究，主要应用领域为生命科学、食品安全、水体、土壤、大气等。具体研究方向包括：1. 污染物痕量分析新方法及溯源技术研究；2. 微生物学微流控新技术；3. 生化分析与生物传感；4. 光谱、质谱分析仪器的研发与应用。该工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东大学基本科研业务等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.aca.2024.343427