High‐Throughput Generation of Collagen Microbeads for Extracellular Vesicle Production and Therapeutic Delivery

化学 生物物理学 微珠(研究) 微流控 纳米技术 细胞外 药物输送 细胞生物学 细胞培养 Ⅰ型胶原 组织工程 去细胞化 过程(计算) 细胞生长 胞外囊泡 体外 分散性 细胞外基质 细胞 脚手架 生物医学工程 机械转化 再生(生物学) 小泡 微泡 表面改性 胶原酶 细胞粘附 细胞迁移
作者
Samantha Ali,Fabiana Mastantuono,Andrea Orozco‐Torres,Niloy Barua,Xin Zhou,Lizi Wu,Mei He
出处
期刊:Advanced materials and technologies [Wiley]
卷期号:11 (9) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/admt.202502276
摘要

ABSTRACT Collagen type I, a key component of the extracellular matrix, underpins cellular organization and regeneration but remains challenging to process into scalable, reproducible, and biologically faithful 3D materials. Although several recent platforms have achieved high‐throughput collagen microgel fabrication, most rely on chemical modification or rigid process parameters that compromise native collagen structure or limit biological versatility. A scalable yet biologically unmodified system remains lacking. Here, we developed a pressure‐tunable microfluidic platform that enables the rapid, high‐throughput generation of collagen microbeads with controlled size, fibrillar architecture, and mechanical properties for versatile downstream biofabrication. By adjusting collagen concentrations (0.25–3 mg mL −1 ) and thermal self‐assembly, we produced monodisperse microbeads (45–1000 µm) at rates exceeding 10 000 beads min −1 (∼166 Hz) while preserving the native triple‐helical structure. The microbeads exhibited tunable stiffness (0.6–2.8 kPa) and pore structures confirmed by scanning electron microscopy, enabling systematic modulation of the 3D microenvironment for cell culture and bioprinting. When incorporated into alginate‐gelatin bioinks, the collagen microbeads enhanced rheological stability, shear‐thinning, and print fidelity, supporting sustained cell growth that reached a 13‐fold increase in proliferation over 21 days; independently, cell‐laden collagen microbeads functioned as self‐contained microbioreactors enabling multicellular spheroid formation and continuous EV secretion. This modular and naturally derived, unmodified collagen microbead technology unites tunability, throughput, and functional scalability, establishing a versatile platform for tissue modeling, drug testing, and therapeutic EV biomanufacturing.
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