基于肝脏器官芯片研究拉伸与剪切协同调控肝脏再生的机制

目的冲肝脏极强的再生能力是其维持功能稳态的重要基础,而肝血窦内皮细胞通过旁分泌的方式在肝脏再生的过程中起着关键调控作用。肝血窦内力学微环境是调控肝脏再生的重要因素,然而血流改变引起的两种力学变化:机械拉伸与流体剪切,如何协同调控肝血窦内皮细胞的分泌功能从而促进肝脏再生的机制,目前尚不明确。方法本文采用器官芯片技术,在微流控芯片内实现三维管状的肝血窦内皮层与肝细胞单层共培养,并对肝血窦内皮细胞及肝细胞进行结构及功能的生物学表征。结合硬度可调的胶原胶与压力驱动的高精度流体操控系统,分别从流体剪切力和机械拉伸等方面对肝脏器官芯片进行力学表征。结果分子标志物、胞间连接和肝脏特异性分泌证明原代肝血窦内皮细胞和肝细胞在肝再生芯片中形成三维血管结构,并维持屏障作用和糖原合成等生理功能。原子力显微镜、粒子示踪技术和实时追踪等技术,证明肝再生芯片实现了拉伸与剪切的单独与协同加载。经过不同模态的力学加载后,细胞骨架响应有所差异,且通过RNA测序检测肝再生相关因子表达的变化。结论本文创新性地构建了三维结构、细胞组成和力学微环境高度还原的肝再生芯片,助力阐释肝脏再生过程的力学调控机制,为促进肝脏再生提供新思路、新视角。