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微流控芯片技术在心脏类器官构建中的应用2025-10-28 08:45:53

主体内移植法是指将体外培养的类器官移植到宿主体内具有丰富血管的组织中,使类器官与宿主的血管系统进行整合,从而生成血管化类器官的方法。例如,Zhong等通过调节Wnt/β-catenin信号通路,添加CHIR99021和IWR-1-endo诱导hPSCs生成自组装心脏类器官,心脏类器官在体内外模型中成功模拟了心肌梗死和SARS-CoV-2诱导的纤维化,将心脏类器官移植到NODSCID小鼠后,心脏类器官与宿主的血管系统整合,并在体内持续扩张,形成了类似血管的结构。Lee等利用hiPSCs创建了自组织的心脏类器官,并在结构和功能上对其进行了验证,研究人员还发现hHOs在体内移植后能够通过血管化维持其功能。

微流控芯片法通过三维生物打印设计芯片或微图案,引导细胞生成特定功能组织。培养血管化心脏类器官时,需结合干细胞特性、血流动力学及材料因素,利用光刻或软刻蚀技术制造模拟心脏血管网络和机械应力的微结构。将干细胞或细胞团簇接种于芯片,调控密度及时间以确保均匀分布,并应用含细胞因子的培养基促进分化成熟,同时结合微流控模拟血流,加速心脏细胞功能完善及类器官形成。Fang等开发了一种载细胞的微凝胶双相生物墨水,该生物墨水可以作为支持嵌入式三维打印的悬浮介质,且具有剪切变稀和自愈合行为,该团队利用MB成功打印了一个带有可灌注血管网络的心室类器官模型。
 
Zhang等设计了一种芯鞘型的微流控打印头,将海藻酸钠和GelMA混合生物墨水通过芯流挤出,同时通过鞘流输送CaCl2溶液进行即时物理交联,随后通过紫外光交联GelMA以实现永久稳定,研究结果显示人脐静脉内皮细胞在生物打印过程中保持了较高的活力,并且在培养过程中逐渐增殖和迁移,形成了类似血管的腔室。
 
出自《心脏类器官及其血管化在心血管疾病中的研究进展》作者李俊豪,赵方尧,杨健。