本所許佳賢副研究員團隊研發出微流體晶片裝置「微流體懸吊液珠三維細胞球體培養裝置」可以在一次的操作過程產生大量的懸吊液珠，達到高通量（256 wells）液珠生成與細胞培養的效果。是目前已知方法當中，唯一可以不需要搭配昂貴自動化系統就能達到高通量懸掛液珠操作的技術，使得三維細胞球體培養實驗能以低成本的方式大量且快速地進行。此研發榮獲得106年第十四屆國家新創獎。本次獲獎不僅是對本技術的肯定，更展現國衛院在生醫工程研究領域深耕多年所累積的研發量能。
「微流體懸吊液珠三維細胞球體培養裝置」利用三維細胞培養方式提供所培養細胞一個更接近體內的細胞生長環境，以達到更好的實驗效果，比起傳統的二維細胞培養(2D cell culture)方式，能更準確預測藥物在體內的效果，降低藥物開發的成本。目前的三維細胞球體(3D cell spheroid)培養實驗，主要是透過手動方式操作，需要消耗大量的人力與培養箱空間，因為大多數實驗室無法負擔購置機器手臂和與其搭配特殊性耗材的高昂成本。為了解決前述瓶頸，「微流體懸吊液珠三維細胞球體培養裝置」只需要搭配一般實驗室既有之手動吸取器(pipette)與使用少量的培養液即可操作。
根據美國Grand View Research市場調查報告指出，三維細胞培養相關產品在全球的商機將在2024年達到1.69億美金的規模。需要支架(scaffold-based)的三維細胞培養技術在其中佔有約40%的商機，本裝置適用的三維細胞球體培養技術，在不須支架的三維細胞培養技術上，相關市值將會有快速的成長並且佔有很大的比例。 此方式可以產生模仿體內組織的體外系統模型，在癌症以及幹細胞研究有很多應用價值，、除了基礎研究，還可用在藥物開發所需的標靶確認、先導化合物優化(lead optimization)、穿透研究(penetration study)以及毒性測試(toxicity screening)。
此微流體晶片裝置所使用的特殊流道設計，可以讓使用者透過簡易的手動操作步驟，產生大量的懸吊液珠來進行三維細胞球體培養，因而大幅度地減少細胞操作的時間為5～10分鐘，並透過減少試劑和培養液的用量，以及置換培養液容易的優點，降低實驗成本，在市場上將更具有競爭力。利用體外培養的細胞測試藥物效能與毒性，是發展抗癌藥物不可缺少的步驟。於技術運用上，使用細胞球體方式於體外培養癌細胞，可生成三維癌細胞球體，以模仿動物體內腫瘤的細胞異質性與藥物傳輸特性，此裝置可提升三維細胞球體生成效率並且降低實驗成本。
三維細胞球體也廣泛被應用於培養幹細胞，以進行基礎與再生醫學研究。幹細胞培養實驗所需的試劑費用高昂，因此能夠節省試劑使用的產品對於使用者會有很大的吸引力。與目前市面上的穿透式孔盤與培養皿技術相比，此技術可以減少約10倍的試劑用量，並且大幅度降低實驗者的操作時間，因此形成與相關產品比較之競爭優勢。
國家衛生研究院的這項微流體懸吊液珠三維細胞球體培養裝置技術，已經取得美國與台灣專利，未來有機會發展為具有相當競爭力的產品。
圖一. 微流體晶片懸吊液珠三維細胞培養示意圖
圖二. 小鼠纖維母細胞貼附於二維培養環境之型態(左). 小鼠胚胎幹細胞於懸吊液珠生長形成三維球狀體形態(右, 比例尺= 200 um)
圖三. MCF-7人類乳癌細胞於懸吊液珠晶片上之培養結果。(左)晶片可以高通量形成256個大小均勻的三維乳癌細胞腫瘤球 (螢光染色顯示細胞全部存活)。 (右) 局部放大圖。左右圖中的比例尺均為200um