基于微流控芯片和仿软骨水凝胶的软骨体外模型

目的纳米药物在骨关节炎(osteoarthritis,OA)软骨损伤修复方面展现出巨大潜力,其修复作用不仅受软骨微观结构和内部关节滑液流动的影响,还受外部力学加载的动态调控。由于真实人体关节软骨环境极其复杂且是动态变化的,纳米药物的作用难以在体评估,相关规律和机制尚不明确。有鉴于此,本研究拟结合微流控芯片与仿软骨水凝胶构建可同步模拟真实软骨微观结构与力学环境的微流控软骨模型,为纳米药物治疗OA软骨损伤提供有效的体外分析平台。方法首先,基于天然软骨的微观结构和化学组成,结合液滴微流控技术,设计并制备具有类软骨陷窝微观结构且力学性能可控的水凝胶;其次,模仿人类关节结构,基于所发展的仿软骨水凝胶和微流控芯片构建微流控软骨模型;最后,结合显微粒子图像测速实验和细胞实验,验证所构建软骨模型的有效性和可靠性,进一步探索力学加载与纳米药物的协同效应在OA治疗方面的作用及机制。结果构建同步模拟真实软骨微观结构与力学环境的微流控软骨模型,揭示力学加载与纳米药物协同调控OA软骨修复的作用规律及潜在力学生物学机制。结论本文工作可为定量评估纳米药物并优化递送策略,进而改善OA药物治疗效果提供科学依据。