歡迎關注公眾號
微流控科技
加群驗證資訊：
姓名-工作單位-研究方向
，否則不予加群
在天然組織中，各種不同的細胞以高度規範的方式組裝和協作。那麼，我們是否也可以在體外複製這樣的精細結構和功能呢？從化學的角度考慮，細胞和細胞外基質可以被認為是組織工程中化學合成反應的底物，而微流控晶片則像一座微型的“生物工廠”，可以生產多種不同的組織或器官。
Figure1。利用微流控晶片“合成”組織示意圖
微流控晶片上的各種理化因素可以被認為是催化這些生物合成反應的“催化劑”，透過降低合成反應的活化能有效加速這些合成反應的進行，精確地調控一系列細胞行為，包括細胞粘附、遷移、生長、增殖、分化、細胞-細胞相互作用和細胞-基質相互作用等。因此，在微流控晶片這個生物工廠中，各種各樣合成反應將底物材料（細胞和細胞外基質）以非線性的方式變成產物（組織）。
Figure2。細胞粘附和遷移的幾何約束和動態控制。（a）。細胞被限制在微區內，電壓脈衝將細胞從這些微區中釋放出來。（b）。淚滴形狀的圖案在金表面使細胞發生極化。（c）。透過不同尺寸的圖案實現軸突分支控制。（d）。電壓誘導的細胞釋放。（e）。透過選擇性控制細胞釋放和遷移模擬細胞間多種相互作用。（f）。幾何形狀和基底化學表面控制神經細胞的聚集和定位。（g）。透過Y型微流通道內進行不同蛋白的圖案化
透過精細地組織這些底物材料和控制產物的活性，微流控晶片不僅可以合成組織，還可以重現生理和病理生理過程，比如免疫響應、血管再生、傷口癒合和腫瘤轉移。
Figure3。光或電誘導的細胞粘附。（a）。透過光響應表面實現對細胞的可逆黏附。（b）。透過動態改變表面黏附區域選擇性控制細胞黏附。（c）。透過電位控制RGD多肽構象從而控制細胞的可逆粘附
國家奈米科學中心微流控奈米生物課題組在Acc。 Chem。 Res。上，發表了題為“Synthesizing Living Tissues with Microfluidics”的綜述。在這篇綜述中，作者借用化學學科中“合成”的概念，來描述如何利用微流控晶片來“合成”人造組織。目前，科學家已經利用微流控晶片合成了各種各樣的組織。
圖4。透過微流控技術構建片層組織結構
文章總結了該課題組及國內外相關研究組利用微流控晶片透過“逐步合成法”和“一步合成法”，以前所未有的精度和速度製備了多種目標組織的研究工作。透過最佳化組織合成條件，利用“逐步合成法”可以製備具備多層結構的組織，比如血管；而利用“一步合成法”可以製備功能性三維組織結構，比如神經網路等。
圖5。透過應力誘導自捲曲膜（SIRM）來合成管狀組織結構。（a）。透過SIRM製作管狀結構的示意圖。（b）。透過細胞層組裝和SIRM結合的方法來構建多層管狀結構。（c）。透過SIRM來製備管狀結構和螺旋結構的過程
基於這些研究，許多生理病理過程，比如傷口癒合、腫瘤轉移和動脈粥樣硬化等過程的機理可以得到深入研究。這種“基於微流控晶片的組織合成”系統為未來的基礎研究和生物醫藥應用提供了技術基礎和思路。
圖6。利用微流控晶片透過“一步法”合成組織。（a）。微流控腎臟血液尿液物質交換單元模型。（b）。微流控腦三維網路結構模型
在這篇綜述中，作者強調了基於微流控晶片的組織合成的概念，並總結了近年來透過微流控晶片技術來合成組織的相關進展。文章總結了利用微流控晶片以前所未有的精度和速度製備了目標組織。
圖7。基於微流控晶片的傷口癒合模型和傷口敷料篩選。（a）。細胞共培育和傷口選擇性產生的微流控傷口模型。（b）。基於微流控晶片的傷口敷料篩選模型。（c）。細菌纖維素傷口敷料在微流控晶片上的評估。（d）。奈米抗菌敷料的製備過程示意圖。（e）。抗菌金奈米粒子的合成過程及其在促進傷口癒合中的應用
透過利用和最佳化這些組織合成條件，“逐步合成法”可以製備多層組織，比如血管；“一步合成法”可以製備功能性的三維組織結構，比如神經網路等。基於這些研究，許多生理過程，比如傷口癒合、腫瘤轉移和動脈粥樣硬化等可以得到深入研究。這種“基於微流控晶片的組織合成”系統為未來基礎研究和醫藥應用中的人造組織提供了技術基礎。
圖8。基於微流控晶片的藥物篩選。（a）。在微流控晶片上研究GNC-siRNA抑制胰腺癌發展。（b）。可以同時產生流體剪下力和迴圈拉伸力的微流控晶片示意圖。（c）。早期動脈粥樣硬化模型的構建及藥物篩選。
文獻連結：Synthesizing Living Tissues with Microfluidics（Acc。 Chem。 Res。， 2018， DOI： 10。1021/acs。accounts。8b00417）
本文轉自：
材料人
