集成功能性血管化类器官芯片的微流控平台

  • 2024 - 03 - 08
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最近,加拿大英属哥伦比亚大学的研究团队取得了一项令人瞩目的突破。他们成功开发了一种先进的微流控平台,该平台旨在建立和持续监测间充质与胰岛球体周围的复杂内皮网络。不仅如此,研究团队还利用这一平台成功构建了基于多能干细胞的血管化类器官,这一创新成果以“A microfluidic platform integrating functional vascularized organoids-on-chip”为题,在知名的《Nature Communications》期刊上发表。

这款微流控平台巧妙地运用了流体动力学与毛细管效应进行包封,极大地简化了3D细胞聚集体血管化的过程。这种创新的方法让类器官在微流控芯片上的培养时间得以延长至30天,充分展示了该平台在支持长期实验中的实用性和可靠性。

研究深入探讨了优化包封过程所需的技术要点,包括如何调整凝胶层的厚度,以及如何减少包封过程中细胞的损失。此外,平台选用环烯烃共聚物(COC)作为微流控芯片的制作材料,这得益于其低荧光性、出色的化学耐受性以及低药物吸收率。研究团队还利用高精度铣削设备,直接将微流控图案精准地加工到COC片上,进一步提升了平台的性能与精度。

通过间充质球体的功能血管化形成吻合的内皮网络图

其次,在多数研究中,我们观察到流量往往受到静水压力的调控,这种驱动液体的方式既简单又经济高效。然而,不容忽视的是,最佳的静水压差难以长时间保持,这导致了培养基必须频繁更换的难题。而摇杆灌注平台的引入,为我们提供了一种解决方案。这种平台通过模拟生理相关的流体动力学特性,如压力调节和/或蠕动,显著减少了相关的问题。

在这项研究中,研究人员成功地通过应用注射泵解决了所面临的挑战。借助一个容量为20毫升的注射器,使微流控灌注能够以1 μL/min的流速稳定运行两周,期间无需断开注射器。更值得一提的是,通过采用10通道注射泵,他们能够轻松并行地监测10个不同通道中的流速。

此外,研究人员巧妙地将类器官和水凝胶放置在流体动力学捕获区域中,确保细胞受到的剪切应力最小化。这些捕获区域还可以进行串联配置,从而容纳多个通过内皮网络相互连接的血管化类器官,包括不同类型的组织类器官。这样的设计不仅提高了实验的便捷性,还增强了结果的准确性和可靠性。

微流控平台的设计以及血管化类器官的构建图

总体来看,该研究的定量数据不仅突显了微流控平台在构建更加贴近生理状态的组织模型方面的巨大潜力,而且进一步强调了其在生物医学研究多个领域的广泛适用性。这种在微流控芯片上实现类器官有效血管化的能力,为深入研究疾病机制、药物测试以及探索再生医学策略提供了新的有力工具,无疑将推动相关领域的研究取得更为显著的进展。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-024-45710-4