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微流控技术在脑类器官培养中的精确控制2025-03-26 08:52:07

微流控是使用微管道(约10-1000μm)处理或操纵微小流体(体积在pL到nL)的系统所涉及的科学和技术,是一门涉及多方面的新兴交叉学科。微流体技术现在经常用于控制细胞微环境和设计器官芯片系统。研究人员最近开始将这两种方法结合起来。用于脑类器官培养的微流体系统提供了对分化和氧扩散所需的信号分子的额外控制,这长期以来一直被认为是脑类器官开发的障碍。对形态发生素梯度的改进控制可用于在高精度水平上研究发育阶段和分化,例如发育中的神经管中的运动神经元分化。

通过微流体增加氧气在整个大脑类器官中的扩散,脑类器官表现出坏死核心减少和多巴胺能神经元数量的增加,提高了分化效率。同时,微流控设备也提供了对许多类器官参数的精确控制,例如大小/形状和培养基灌注速率(包括营养和生长因子供应),从而提高了可重复性。此外,许多微流体平台与常见的成像设置兼容,允许进行实时类器官成像和监测。微制造系统用于对大脑类器官在数周发育中的折叠动力学进行成像和分析,并且使用受控灌注的芯片类器官模型能够评估尼古丁暴露的发育影响。这些平台允许随着时间的推移和整个大脑类器官发育进行实时成像,以及精确的微环境控制,从而在研究早期发育或发育疾病和毒性时提高可重复性。
 
微流控技术通过精确设计通道几何结构、使用流体驱动系统和压力控制系统、调节通道阻力、设计流体分配网络、集成传感器进行实时监测和反馈控制,以及使用数值模拟和优化技术,实现了对流体流速和剪切力的精确控制。这些技术手段使得微流控芯片能够模拟体内复杂的流体力学环境,为生物医学研究提供了强有力的工具。通过将微流控技术与类器官技术结合,形成类器官芯片,可以更好地模拟体内环境,推动疾病研究、药物筛选和个性化医疗的发展。
 
出自《类器官在食品科学研究中的应用进展 》作者:马爱进,白如进,周军君.