固定された水中の水二重エマルジョンを利用して、単一の非アドヒアル細胞を分析するためのニッチを作成するマイクロ流体プラットフォーム

非遵守細胞は、さまざまな生物学的プロセスで重要な役割を果たします。このタイプの細胞に関する研究、特に単一細胞分解能での研究は、多くの生物学的および病理学的プロセスの根底にある分子メカニズムを明らかにするのに役立ちます。新興のマイクロ流体技術は、細胞を分析するための効果的な方法を開発しました。ただし、その場、長期、およびリアルタイムの方法で、単一のライブ非アドヒアル細胞を治療および監視することは困難なままです。ここでは、これらの細胞を調査するために、細胞を含んだ水中の水（w/o/w）二重エマルジョン（w/o/w）を生成して固定するためにマイクロ流体プラットフォームをセットアップしました。デバイス内では、非接着セルをカプセル化するw/o/w desは、2つの隣接する流れに焦点を当てた構造を介して生成され、その後一連のマイクロチャンバーに固定されました。これらの液滴は、少なくとも1週間、連続灌流液のw/o/w構造とアンカー状態を維持しました。適切な分子量を備えた異なる分子の物質移動と、w/o/w DESの内部と外側の間の分配係数は、灌流液流量によって調節される可能性があります。これらの特徴は、このプラットフォームに、液体灌流を通じて栄養素または小分子刺激/薬物を備えたカプセル化された非付着細胞を継続的に供給する可能性を備えています。一方、固定されたDESにおける細胞の閉じ込めは、細胞の動的挙動と応答の長期的な監視を支持しました。概念実証として、フルオレセインジアセテート（FDA）を使用して、TF-1ヒト赤耳血症細胞の細胞吸収と生化学代謝を視覚化しました。このw/o/w deアンカーと灌流プラットフォームは、単一細胞レベルの研究と、生きている非遵守細胞を必要とする小分子の創薬に利益をもたらすと考えています。

Non-adherent cells play key roles in various biological processes. Studies on this type of cell, especially at single-cell resolution, help reveal molecular mechanisms underlying many biological and pathological processes. The emerging microfluidics technology has developed effective methods for analyzing cells. However, it remains challenging to treat and monitor single live non-adherent cells in an in situ, long-term, and real-time manner. Herein, a microfluidic platform was set up to generate and anchor cell-laden water-in-oil-in-water (W/O/W) double emulsions (DEs) to investigate these cells. Within the device, W/O/W DEs encapsulating non-adherent cells were generated through two adjacent flow-focusing structures and subsequently anchored in an array of microchambers. These droplets maintained the W/O/W structure and the anchorage status in the continuous perfusion fluid for at least one week. The mass transfer of different molecules with suitable molecular weights and partition coefficients between the interior and exterior of W/O/W DEs could be regulated by perfusion fluid flow rates. These features endow this platform with potential to continuously supply encapsulated non-adherent cells with nutrients or small-molecule stimuli/drugs through fluid perfusion. Meanwhile, the confinement of cells in the anchored DEs favored long-term monitoring of cellular dynamic behaviors and responses. As a proof of concept, fluorescein diacetate (FDA) was employed to visualize the cellular uptake and biochemical metabolism of TF-1 human erythroleukemia cells. We believe that this W/O/W DE anchorage and perfusion platform would benefit single-cell-level studies as well as small-molecule drug discovery requiring live non-adherent cells.