基于微流控技术的肺芯片体外模型构建的研究进展

微流控技术是一种精确控制和操控微尺度流体,以在微纳米尺度空间中对流体进行操控为主要特征的生物技术^([1,2]),微流控芯片(microfluidic chip)可以构建各种微环境,实现多种细胞间共同培养,为细胞生长提供一种与人体高度近似的环境^([3,4]),如肺芯片^([5,6])、血管芯片^([7])、肠芯片^([8])、肝芯片^([9])、肌肉芯片^([10])等。芯片上的器官(organs-on-a-chip,OOC)是指使用3D培养技术对干细胞进行分化诱导进而形成类似于目标器官或组织的技术^([11]),相比于广泛使用的Transwell方法^([12]),它不需要使用专门设计的流动腔来模拟流体剪切力等生理特征,可以取代动物实验模型,降低药物开发成本,为药物递送和毒性筛选提供更好的平台^([13])。

面向微流控肺芯片的水凝胶薄膜制备及其性能研究

微流控肺芯片是一种肺细胞的三维培养装置,其核心部件为一层聚二甲基硅氧烷(PDMS)多孔薄膜,但其存在硬度高、疏水性强、细胞相容性差等缺陷。为更好地模拟人体肺泡,拟制备一种基于甲基丙烯酰化明胶(Gel-MA)和丙烯酸酯化聚醚F127(F127-DA)的共聚水凝胶薄膜,替代PDMS用于肺芯片构建。结果显示,利用表面张力将等体积比的Gel-MA和F127-DA单元溶液在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜圆孔内形成液膜,随后紫外引发共聚反应,制得共聚水凝胶薄膜,平均厚度为35μm,并具有多孔三维网状结构。该水凝胶薄膜的杨氏模量为13.55 kPa、断裂延伸率为57.05%,力学性能可满足肺芯片的构建需要;此外,水凝胶薄膜对人脐静脉内皮细胞(HUVEC)和人肺泡上皮细胞(HPAEpiC)具有良好相容性;同时,该水凝胶薄膜的氧气扩散系数为1.40×10^(-3) cm^(2)·min^(-1),说明其氧气传递性能良好。总之,该水凝胶薄膜的各项指标与肺泡的性质均较为接近,从而为构建符合人体生理学的新型微流控肺芯片提供了新材料。

基于微流控技术的肺芯片模型在肺癌研究中的应用

肺癌是全球死亡率最高的癌症, 严重威胁我国人民群众的生命健康。基于我国对肺癌精准诊疗的需求和研究现状, 针对早期肺癌的精准诊断、治疗后复发监测、靶向与免疫治疗耐药等问题, 需要提出针对患者的个体化解决方案并提供敏感性药物, 这需要为临床提供能够针对患者肿瘤组织病理和分子分型特点的研究模型。基于微流控技术的器官芯片模型将类器官培养技术与微流控技术相结合, 可以在3D培养的同时, 以组织工程技术和微制造技术来模拟人体器官的基本结构, 探究更为细致的生理病理反应;还能通过微流体控制和生物传感技术来进行更为快速高效的个性化药敏测试。该模型的出现极大地推动了肺癌领域的研究进展, 本文将对近几年基于微流控技术的肺芯片模型在肺癌研究中的应用进行综述, 并展望该技术在未来的发展。

微流控芯片技术在急性呼吸窘迫综合征中的研究进展

急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是以广泛的肺泡-毛细血管内皮损伤为主要病理改变、以进行性呼吸困难和顽固性低氧血症为临床表现,具有全身炎症反应特征的临床综合征。ARDS发病急,进展快,死亡率极高。在针对ARDS的新药研发和治疗方法的探索中,现有的体外模型如细胞、动物、类器官等在模拟ARDS真实性方面具有一定的局限性,而基于微流控技术的肺芯片是一种用于体外构建人体器官生理病理微环境的新技术,能更准确地模拟体内微环境,在ARDS等肺部疾病的研究工作中具有极大的应用潜力。该文综述了ARDS实验研究常用模型平台的优势与差别,重点介绍了肺芯片模型在ARDS中的研究进展。

肺器官芯片的构建及应用

肺器官芯片是一种基于微流控芯片的3D细胞培养系统,能更准确的模拟人体细胞R微环境,在生物医学工程等领域具有广阔的应用前景。该文主要综述了肺器官芯片的制备技术,常见肺器官芯片的构建及相关疾病机制的研究,肺器官芯片在毒性检测、药效药理评价和精准医疗领域的应用等,进一步分析了现有肺器官芯片的不足,同时结合多学科交叉等领域对其发展方向进行了思考,以期为肺部疾病的基础研究及临床防治提供参考。

用于高分辨率成像的肺器官芯片构建及肺炎模型应用研究

肺是人体呼吸系统的重要组成部分,气道上皮是肺与外界接触的第一道屏障,参与抵御外来的颗粒物、病原体等,可将异物以痰的形式排出体外,对维护呼吸道正常功能起到至关重要的作用。常用的体外细胞培养模型和哺乳动物模型尚不能完全模拟人体肺-气道微环境,在人体细胞与病原体相互作用研究和药物研发应用方面具有一定的局限性。该研究设计制作了一种基于微流控技术的双通道肺器官芯片,通过改进制备工艺使其能够满足高倍镜极短工作距离的要求,用于高分辨率成像;实现了模拟人体肺-气道微环境的气液界面气道上皮培养,并且能够实时观察细胞与细菌的共培养过程,为体外研究气道上皮和病原微生物的相互作用提供一个有力平台。

微流控肺器官芯片的研究进展

近年来随着微制造技术的快速发展,推动了微流控器官芯片模型的建立。微流控器官芯片作为一种能够模拟器官中的组织和细胞结构及生理环境的微流控设备,得到了广泛的研究和发展。其中微流控肺器官芯片是最早研究的微流控器官芯片之一,与常规体外细胞和动物模型相比,微流控肺器官芯片模型模拟肺生理和病理条件更为精准,对呼吸系统疾病、药物开发及个体化治疗具有重要意义。文章介绍微流控肺器官芯片的原理、制造、模拟呼吸系统疾病和药物的研发及筛选,并总结微流控肺器官芯片发展所面临的挑战。微流控肺器官芯片旨在阐明复杂的病理生理学的肺疾病,并加快药物开发和药物筛选。随着肺部疾病和药物的社会和经济负担的增加,微流控肺器官芯片有望成为一个蓬勃发展的平台,也能减少制药公司和研究人员对传统体外细胞培养和动物模型的依赖。

脓毒症急性肺损伤模型研究进展

急性肺损伤(acute lung injury, ALI)是严重危及生命的脓毒症并发症之一,其发病机制尚不明确。建立稳定、可靠的脓毒症ALI临床前模型是明确其发病机制、发掘潜在治疗靶点、检测新研发药物安全性、治疗效果的必要手段,目前,脓毒症急性肺损伤在体动物模型已相对成熟,随着科研技术的增进,世界各地研究者还构建出多种不同的细胞模型、肺器官芯片模型用以该疾病的研究。全文将对脓毒症相关急性肺损伤的动物、细胞及器官芯片三种临床前模型的研究进展予以综述,为实验模型的优化和选择提供参考依据。

微流控芯片技术在肺部炎性疾病研究和诊断中的进展

微流控芯片技术是指一种将生物、化学等诸多领域的样品从制备、反应到分离检测等多种操作单元高度集成在一块芯片上的技术,由网络状微通道构成,可以通过流体操控整个系统。相比构建模型的传统方法,具有便携性、高通量、可模拟在体微环境等优势,在研究疾病的诊断、发病机理研究以及药物筛选等方面有着广阔的应用前景。肺部炎性疾病是临床常见的多发病,通常由于细菌、病毒、真菌感染引起。早期肺炎常缺乏明显的呼吸系统症状且症状多不典型,但病情进展快,难以诊断。近年来,微流控芯片技术已经逐渐用于肺部炎性疾病的研究中。尤其是可以再现人肺泡毛细血管界面(即活肺的基本功能单元)的关键结构、功能和机械性质的"芯片肺"模型的应用,很好地在体外呈现了肺泡-毛细血管界面模型的生理相关性。相比细胞和动物模型,这种多功能微实验平台具有非常大的优势。文中针对微流控芯片技术在肺部炎性疾病研究和诊断中的进展进行了综述,旨在为肺部炎性疾病的研究和诊断提供新思路。

肺疾病研究新技术——芯片肺

芯片肺是以微流控芯片为基础,结合细胞生物学、材料科学和组织工程学等多学科技术,模拟人体肺部微环境的小型细胞培养装置。它不仅能弥补动物实验的不足,在药物试验中评估新药的疗效和毒理作用,还可构建肺疾病体外模型,为探讨呼吸系统疾病提供新的研究平台,具有广泛的应用前景。该文就芯片肺的结构、特点以及在呼吸系统疾病中的应用进行综述。

"芯片肺"的研究进展

"芯片肺"是近年来一种在微流控芯片上利用微加工技术制造出具有部分生理功能的仿生肺三维模型。未来该模型可能代替动物实验,在体外模拟呼吸系统疾病的发育过程,并对呼吸系统疾病的研究和药物筛选具有重要意义。本文就"芯片肺"的结构及当前在呼吸疾病研究中的应用进展作一综述。

CENPF通过抑制Akt信号通路上调CLDN1表达抑制肺鳞癌转移的研究

目的探讨CENPF在肺鳞癌组织中的表达与患者临床预后关系及其对肺鳞癌细胞侵袭、转移能力的影响。方法收集90例肺鳞癌患者180个组织样本点,含配对癌组织和癌旁组织。生物信息学分析筛选公共数据库中与肺鳞癌预后相关基因CENPF。组织芯片免疫组化验证CENPF表达,Cox风险分析影响患者生存的病理因素,CENPF表达与患者预后、临床病理分期及分级的关系。敲减SK-MES-1细胞中CENPF表达,检测细胞增殖、侵袭及迁移能力;RNA-seq检测mRNA表达谱分析下游信号通路及靶基因;验证基因表达及细胞信号通路激活。结果数据库及临床样本组化结果均证实CEPNF在肺鳞癌细胞中表达上调(t=7.821,P<0.001),并与肺鳞癌患者预后相关(χ^(2)=4.09,P<0.001),且CENPF与肺鳞癌患者N分期相关(χ^(2)=7.869,P=0.005)。敲减CENPF表达后,细胞增殖(t=5.319,P<0.01)及迁移(t=13.72,P<0.001)和侵袭能力(t=7.555,P<0.001)显著增强;RNA-seq显示细胞黏附分子通路基因表达改变显著(P<0.001)。Western blot及qPCR表明敲减CENPF后SK-MES-1细胞中CLDN1(Claudin-1)及E-cadherin表达显著下调,而N-cadherin则显著上调(均P<0.05);Akt激活水平显著升高,且抑制Akt激活后CLDN1表达下调则被消除(均P<0.05)。结论CENPF的表达与肺鳞癌患者临床预后呈正相关,其通过抑制Akt信号通路的激活上调CLDN1的表达抑制肺鳞癌的转移。