Microfluidics-based alginate microgels have shown great potential to encapsulate cells in a high-throughput and controllable manner. However, cell viability and biological functions are substantially compromised due to the harsh conditions for gelation, which remains a major challenge for cell encapsulation. Herein, we presented an efficient and biocompatible method by on-chip triggered gelation to generate microfluidic alginate microgels for single-cell encapsulation. Two calcium complexes of calcium–ethylenediaminetetraacetic acid (Ca-EDTA) and calcium–nitrilotriacetic (Ca-NTA) as crosslinkers for triggered gelation of alginate were compared and investigated for feasible application. By triggered release of Ca2+ ions from the calcium complex via adding acetic acid in the oil phase, the alginate precursor in the aqueous droplets can be crosslinked to form alginate microgels. Although using Ca-EDTA and Ca-NTA both achieved on-chip gelation, Ca-NTA led to significantly higher cell viability since the dissociation of Ca2+ ions from Ca-NTA can be obtained using less concentration of acid compared to Ca-EDTA. We further demonstrated the functionality of encapsulated mesenchymal stem cells (MSCs) in alginate microgels prepared using Ca-NTA, as evidenced by the osteogenesis of encapsulated MSCs upon inductive culture. In summary, our study provided a biocompatible strategy to prepare alginate microgels for single-cell encapsulation which can be further used for applications in tissue engineering and cell therapies.

中文翻译：

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使用触发凝胶化策略的藻酸盐微凝胶对单细胞的微流体封装

基于微流体的藻酸盐微凝胶已显示出以高通量和可控方式封装细胞的巨大潜力。然而，由于凝胶化的苛刻条件，细胞活力和生物学功能大大受损，这仍然是细胞封装的主要挑战。在此，我们提出了一种有效且生物相容性的方法，通过片上触发凝胶化生成用于单细胞封装的微流体藻酸盐微凝胶。比较并研究了两种钙-乙二胺四乙酸钙 (Ca-EDTA) 和钙-次氮基三乙酸 (Ca-NTA) 作为交联剂触发海藻酸盐胶凝的钙络合物的可行性应用。通过在油相中添加乙酸触发钙复合物中 Ca2+ 离子的释放，水滴中的藻酸盐前体可以交联形成藻酸盐微凝胶。尽管使用 Ca-EDTA 和 Ca-NTA 都实现了片上凝胶化，但 Ca-NTA 显着提高了细胞活力，因为与 Ca-EDTA 相比，Ca2+ 离子可以从 Ca-NTA 中解离出来。我们进一步证明了封装的间充质干细胞 (MSC) 在使用 Ca-NTA 制备的海藻酸盐微凝胶中的功能，如诱导培养后封装的 MSC 的成骨所证明的那样。总之，我们的研究提供了一种生物相容性策略来制备用于单细胞封装的藻酸盐微凝胶，该微凝胶可进一步用于组织工程和细胞治疗中的应用。Ca-NTA 导致显着更高的细胞活力，因为与 Ca-EDTA 相比，Ca2+ 离子可以从 Ca-NTA 中解离出来，使用浓度更低的酸。我们进一步证明了封装间充质干细胞 (MSC) 在使用 Ca-NTA 制备的海藻酸盐微凝胶中的功能，如诱导培养后封装的 MSC 的成骨所证明的那样。总之，我们的研究提供了一种生物相容性策略来制备用于单细胞封装的藻酸盐微凝胶，该微凝胶可进一步用于组织工程和细胞治疗中的应用。Ca-NTA 导致显着更高的细胞活力，因为与 Ca-EDTA 相比，Ca2+ 离子可以从 Ca-NTA 中解离出来，使用浓度更低的酸。我们进一步证明了封装间充质干细胞 (MSC) 在使用 Ca-NTA 制备的海藻酸盐微凝胶中的功能，如诱导培养后封装的 MSC 的成骨所证明的那样。总之，我们的研究提供了一种生物相容性策略来制备用于单细胞封装的藻酸盐微凝胶，该微凝胶可进一步用于组织工程和细胞治疗中的应用。正如诱导培养后包裹的 MSC 的成骨所证明的那样。总之，我们的研究提供了一种生物相容性策略来制备用于单细胞封装的藻酸盐微凝胶，该微凝胶可进一步用于组织工程和细胞治疗中的应用。正如诱导培养后包裹的 MSC 的成骨所证明的那样。总之，我们的研究提供了一种生物相容性策略来制备用于单细胞封装的藻酸盐微凝胶，该微凝胶可进一步用于组织工程和细胞治疗中的应用。