类器官芯片技术在异种肾移植应用中的研究进展与挑战2025-07-25 08:51:08
传统的类器官培养方法存在显著局限性,如类器官在批次间的转录变异显著,成熟度也存在差异,导致分析结果不一致。因为缺乏血管结构,细胞只能通过被动扩散来获得营养、氧气并排除代谢产物,但随着类器官的扩大,弥散程度不足以支持其生长,类器官无法达到体内器官的成熟度。类器官在形状上是高度可变的,很难将细胞保持在一致位置进行扩展分析,并且对细胞的功能分析往往受采样腔内容物的阻碍。同时,类器官中的细胞很难接触生理性的机械信号,包括张力和压缩、流体剪切应力,这些机械力能影响细胞行为进而影响器官的正常发育,这将导致类器官无法完全模拟人体器官的生理功能。20多年前便有研究团队设计了包含3个腔室的细胞培养装置,并通过微流控实现了接近生理学的液体与细胞比例和机械力。首次标志性研究是2010年Ingber团队模拟了肺泡-毛细血管界面的“肺芯片“。类器官芯片可被定义为在体外模拟人体器官生理功能的微型细胞培养装置单位,结合了微流控技术与3D细胞培养技术。与类器官相比,类器官芯片含有特殊的培养室,微流控通道用于营养供应和废物清除,该通道的存在也让类器官芯片有关循环血液和免疫细胞相互作用的研究得以展开。
在活体内的大多数细胞在距离血管超过200μm就无法存活,因此类器官芯片的血管化研究十分重要。Oliveira等通过在鸡胚尿囊膜上培养、血管化小鼠胚胎肾脏并且将其转移到体外培养环境中,解决了因血管化不足导致的核心坏死问题。通过动物模型植入虽然能够实现血管化,但血管主要来源于宿主组织,限制了其在人类疾病研究中的应用。
出自《类器官芯片在异种器官移植中的应用前景》 作者:林禧龙,王玉,彭江。
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