器官芯片是一種利用微芯片制造技術(shù)制造的微流體細(xì)胞培養(yǎng)設(shè)備。該設(shè)備包含多個(gè)連續(xù)灌注腔室，具有多細(xì)胞層結(jié)構(gòu)、組織界面、物理化學(xué)微環(huán)境以及人體血管循環(huán)等特征，可以模擬和重構(gòu)人體器官的生理功能，為相關(guān)研究提供了可靠的平臺(tái)。器官芯片技術(shù)的出現(xiàn)，使得人們可以更好地研究器官之間的相互作用和器官內(nèi)部的細(xì)胞行為，通過對(duì)藥物代謝和毒性進(jìn)行測(cè)試，也為新型藥物開發(fā)提供了更加準(zhǔn)確和高效的方法。同時(shí)，隨著類器官芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，器官芯片將成為未來生物醫(yī)學(xué)研究的重要工具，有望為臨床治療提供更加個(gè)性化和精準(zhǔn)的方案。

細(xì)胞培養(yǎng)芯片實(shí)例分享

點(diǎn)成Microfluidic細(xì)胞培養(yǎng)芯片系列的Cross-flow membrane芯片為體外構(gòu)建器官芯片模型提供了便利的工具。該芯片在膜的上方和下方有兩個(gè)入口和出口，除了細(xì)胞培養(yǎng)這種典型應(yīng)用，該芯片還可以進(jìn)行小分析遷移測(cè)量、片上透析等。

2018年，來自德國(guó)Friedrich-Schiller-University of Jena的研究人員利用此款芯片建立了人體腸道的三維微生理模型，并利用此模型研究了腸腔對(duì)微生物相關(guān)分子模式的生理免疫耐受性，這也是微生物定植人體腸腔的基礎(chǔ)。

研究者將Caco-2細(xì)胞培養(yǎng)在PET膜上，并連續(xù)灌注培養(yǎng)基以形成腸模型的上皮細(xì)胞層。HUVEC種植在上皮細(xì)胞層對(duì)面的膜上共培養(yǎng)以模擬腸道的血管系統(tǒng)。連續(xù)的微流體灌注確保了培養(yǎng)過程中代謝廢物的去除和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的補(bǔ)充。在培養(yǎng)過程中，內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)標(biāo)記蛋白，上皮細(xì)胞層細(xì)胞自組織成三維結(jié)構(gòu)，具有隱窩和絨毛的形態(tài)特征并且表達(dá)了相關(guān)標(biāo)記蛋白。

芯片腸道模型的設(shè)計(jì)，具有器官型顯微解剖和內(nèi)皮細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞類型標(biāo)記的表達(dá)

為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)模型缺少免疫系統(tǒng)的不足，研究者將人免疫細(xì)胞（單核細(xì)胞吞噬細(xì)胞亞群）分別引入內(nèi)皮和上皮細(xì)胞層，通過細(xì)胞因子表達(dá)研究在LPS刺激下的功能。

LPS刺激下mPCs的移動(dòng)性和表型標(biāo)記表達(dá)

在人體腸道中，分布著許多微生物，腸道微生物的成分與人體疾病息息相關(guān)。為了研究益生菌鼠李糖乳桿菌在腸道中的潛在免疫調(diào)節(jié)作用和鼠李糖乳桿菌與白色念珠菌的相互作用，研究人員將微生物定植在了腸道模型上。研究結(jié)果證明了鼠李糖乳桿菌可以減少白色念珠菌引起的組織損傷。

鼠李糖乳桿菌和白色念珠菌腸道模型的定植

此例很好地證明了利用器官芯片建立的腸道模型可以作為一個(gè)系統(tǒng)地探索微生物通訊、宿主-微生物相互作用、微生物致病機(jī)制和體外生理相關(guān)條件下免疫細(xì)胞激活的潛在機(jī)制的工具，充分展現(xiàn)了器官芯片平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)。

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審核編輯黃宇