文章导读
视力丧失影响着全球数百万人，组织再生疗法为恢复视力带来了希望。近期，来自美国新泽西州立罗格斯大学的Maribel Vazquez教授团队发表在 Micro 期刊上的研究，介绍了一种创新的微尺度光学界面，用于研究电场 (EF) 如何影响三维眼球仿生模型中细胞的迁移行为。
图1. 健康成人视网膜的示意图。人类视网膜是一个复杂的结构，由专门的视网膜神经元和Muller胶质细胞 (MG) 通过三层突触层连接而成。
研究方法
研究团队开发了一种“平行眼装置”，能够在不同的眼球仿生材料中施加控制的电场，以引导细胞迁移。该装置结合了共聚焦显微镜技术，实现了对细胞迁移的实时、非破坏性观察，避免了传统的冷冻切片方法。
图2. 平行眼装置的组件描述，由四个部分组成：支撑板、水凝胶电阻器、生物材料仿制品和富含细胞的凝胶层 (CRHL)。
研究亮点
1.电场诱导的细胞迁移
在平行眼装置中施加直流0.3 V电压 (产生约100 mV/cm的电场) 并持续10分钟后，供体细胞的迁移深度和数量均显著增加。实验结果显示，与未加电场的对照组相比，电场组在仿生眼深度约675 μm以外区域检测到的细胞数量更多，电场组平均为23±9个细胞，对照组仅为16±4个。这些数据表明，即使较弱的电场也能有效驱动干细胞向更深部迁移，从而大幅提高细胞在3D组织中的渗透率。
图3. 琼脂眼球仿制品内不同深度电刺激浸润细胞的平均数量。数据显示了在施加和未施加电场的情况下，完整眼球仿制品中每个z轴堆栈深度的细胞平均数量。
2.材料选择的重要性
本文比较了胶原 (Collagen)、明胶 (Gelatin) 和藻酸盐 (Alginate) 三种眼部仿生材料在外加电场下的行为。实验测得，不同材料在同一培养介质下的平均电场强度存在差异：例如，在DMEM培养基中，Alginate-3 (藻酸盐基体) 仿生眼的平均电场约为8.56 mV/cm，而胶原和明胶分别为13.73 mV/cm和11.73 mV/cm。由于DMEM环境下各材料的电场分布最为稳定，且藻酸盐材料对电场响应更加一致，因此后续实验选用了在DMEM中合成的Alginate-3作为仿生眼材质。此外，藻酸盐的粘弹性质可以通过交联剂方便地调节，这一特性对研究细胞迁移过程尤为重要。
图4. 共聚焦成像揭示细胞在不同材料 (胶原、明胶和藻酸盐) 中的迁移行为。
3.高效的成像技术
本研究构建的荧光共聚焦显微系统能够在不破坏样本的情况下，对仿生眼中细胞分布进行高灵敏度成像。通过在Alginate-3仿生体中嵌入10 μm荧光微珠验证了该方法：成像可在z = 0 μm (仿生眼与细胞层界面) 至近1000 μm深度范围内准确定位单个微珠。同样地，将移植干细胞用Calcein AM标记后，也能在类似深度范围内被清晰成像。这种原位成像手段省去了传统冷冻切片的繁琐步骤，可快速获得不同深度层面的细胞数量和分布信息，为及时调整电场参数、优化细胞迁移提供了可靠依据。
图5. 成像设置。(A) 共聚焦荧光平台的示意图。(B) 共聚焦平台的视图。
应用前景
本研究提出的“平行眼系统”结合了电场刺激和共聚焦成像技术，为观察干细胞在眼组织模型中的迁移行为提供了高效工具。该系统具备良好的灵活性与适应性，可用于多种生物材料和动物模型，适合研究不同条件下的细胞浸润。更重要的是，该系统与临床常用的共聚焦激光眼底镜原理相通，具有良好的转化前景。未来，该平台有望助力优化视网膜移植疗法，并为神经再生研究提供新思路。
阅读英文原文：https://www.mdpi.com/3204626
期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/micro
Micro 期刊介绍
主编：Zhou Li, Chinese Academy of Sciences, China
期刊发表关于微尺度和纳米尺度研究及应用的综合评述、原创研究文章和短篇论著，涵盖物理、化学、材料、生物学、医学、食品、环境技术和工程等领域。
2024 Impact Factor：1.9
2024 CiteScore：3.2
Time to First Decision：28.1 Days
Acceptance to Publication：4.7 Days
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自MDPI开放科学科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-3516770-1493321.html?mobile=1
收藏
