微流控技術(shù)是一種通過微小的通道和微型裝置對流體進(jìn)行精確操控和分析的技術(shù)。它是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)發(fā)展過程中的一種重要的生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景和重要性。它在高通量分析、個性化醫(yī)療、細(xì)胞篩選等方面有著巨大的潛力，Aigtek安泰電子今天就將為大家分享一篇微流控領(lǐng)域研究成果，一起接著往下看吧~

　　缺血性腦卒中是由于大腦供血不足導(dǎo)致神經(jīng)功能的缺失。它包括炎癥和免疫、細(xì)胞的死亡和分化、缺氧、血管損傷和大腦微環(huán)境改變等一系列的時空事件。干細(xì)胞治療在動物實驗和臨床試點(diǎn)研究的支持下，已成為中風(fēng)治療的一個新興方式。每種干細(xì)胞都有獨(dú)特的特性和再生潛力，但是目前還缺乏一個可靠的中風(fēng)模型來系統(tǒng)地比較各種候選細(xì)胞類型的療效，并研究干細(xì)胞治療的潛在機(jī)制。動物模型在時間和成本效率上也有固有的局限性，無法成為表征多種干細(xì)胞類型對中風(fēng)引起的整個病理事件級聯(lián)的治療潛力的理想實驗平臺。

近期，斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)外科的Wonjae Lee團(tuán)隊在Nature Biomedical Engineering上發(fā)表了題為A neurovascular-unit-on-a-chip for the evaluation of the restorative potential of stem cell therapies for ischaemic stroke的文章，利用微流控芯片技術(shù)開發(fā)了一個具有神經(jīng)血管（NVU）的中風(fēng)微生理系統(tǒng)，可用于檢測干細(xì)胞治療的神經(jīng)恢復(fù)能力。此種中風(fēng)模型使用人源細(xì)胞，并有一個類似于體內(nèi)的3D微環(huán)境，能重現(xiàn)治療用干細(xì)胞和NVU宿主細(xì)胞之間的相互作用。他們還使用該模型系統(tǒng)地分析了目前用于治療中風(fēng)的各類干細(xì)胞的神經(jīng)恢復(fù)能力。

　　干細(xì)胞移植到缺血大腦的治療效果主要取決于神經(jīng)血管單元的反應(yīng)。研究人員報告的適用性功能神經(jīng)血管單元的微流控芯片作為微生理缺血性中風(fēng)模型,概括了血腦屏障的功能,以及治療性干細(xì)胞和宿主細(xì)胞之間的相互作用(人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞、周星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元)。研究人員使用該模型來跟蹤一些干細(xì)胞的浸潤，并描述與卒中后病理相關(guān)的基因表達(dá)水平。他們觀察到，每種類型的干細(xì)胞都顯示出獨(dú)特的神經(jīng)恢復(fù)作用，主要是通過支持內(nèi)源性恢復(fù)而不是通過直接的細(xì)胞置換，突觸活動的恢復(fù)與神經(jīng)血管單元的結(jié)構(gòu)和功能完整性的恢復(fù)有關(guān)，而與神經(jīng)元的再生無關(guān)。

　　圖1在微流控芯片中重建的腦血管屏障（BBB）的表征。A.物理屏障。芯片設(shè)計原理圖(i).培養(yǎng)方案(ii).（NEM/AM，神經(jīng)擴(kuò)張培養(yǎng)基和星形細(xì)胞培養(yǎng)基的混合。NDM/AM，神經(jīng)分化培養(yǎng)基與星形細(xì)胞培養(yǎng)基混合。ECM/PM，內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)基和周細(xì)胞培養(yǎng)基的混合物。）神經(jīng)細(xì)胞包括神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞，其最終比例預(yù)計為8:4:1。血管細(xì)胞包括內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞，比例為9:1。芯片中NVU組成細(xì)胞的空間分布(iii)。明場圖像顯示水凝膠(藍(lán)色)部署在腦通道(iv)。相位對比(v)和熒光(vi)圖像顯示血側(cè)(左)通道和腦(右)通道之間清晰的邊界(白色箭頭)。分別用抗cd31和抗gfap抗體對內(nèi)皮細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行染色。形成的內(nèi)皮層阻止了綠色熒光探針(FITC右旋糖酐，4kda)在其上的自由擴(kuò)散(vii)。加入探針1小時后拍攝圖像。單層共聚焦顯微鏡圖像顯示水凝膠側(cè)壁形成的內(nèi)皮細(xì)胞(viii)。內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行VWF染色。共聚焦顯微鏡圖像的三維重建視圖顯示均勻的內(nèi)皮細(xì)胞(ix)。內(nèi)皮細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞分別進(jìn)行了特異性標(biāo)記CD31和GFAP染色。切片中內(nèi)皮細(xì)胞表觀滲透性系數(shù)Papp的對數(shù)變換值(n=5)(x)。B.生物化學(xué)屏障。血側(cè)通道含血清培養(yǎng)基和腦脊液側(cè)通道無血清培養(yǎng)基混合培養(yǎng)條件示意圖(i)。在無內(nèi)皮細(xì)胞(白色箭頭表示水凝膠邊界)的樣品中，小膠質(zhì)細(xì)胞(IBA-1染色為綠色)顯示CD68表達(dá)上調(diào)(紅色)，在有重建內(nèi)皮細(xì)胞的樣本中，大部分小膠質(zhì)細(xì)胞不表達(dá)CD68(iii)。有內(nèi)皮細(xì)胞和沒有內(nèi)皮細(xì)胞的樣本之間的CD68表達(dá)(n=3)(iv)。C.細(xì)胞選擇障礙。癌細(xì)胞合并示意圖(i)。將兩種人乳腺癌細(xì)胞系MB-231和MB-231Br的預(yù)染色細(xì)胞注入血側(cè)通道。MB-231(ii)和MB-231Br(iii)的熒光圖像在注射后3d拍攝。白色箭頭表示水凝膠邊界。測量了血腦屏障外滲的程度(n=3)。

　　圖2缺血模型建立。A.活/死檢測:在常氧(i)和缺血(ii)條件下，活細(xì)胞用鈣黃素染色為綠色，死細(xì)胞用乙二胺(EthD-1)染色為紅色。使用活/死測定法定量測定生存能力(n=3)(iii)。通過細(xì)胞外LDH水平測定細(xì)胞毒性(n=5)(iv)。在缺氧時，HIF-1α主要位于胞漿(v和vi)，在缺血時，HIF-1α聚集在細(xì)胞核(vii和viii)。B.缺血引起的基因表達(dá)變化。

　　圖片圖3神經(jīng)元、內(nèi)皮細(xì)胞和周細(xì)胞行為。A.神經(jīng)元的行為。常氧樣本中神經(jīng)元的相位對比圖像(i)。白色箭頭表示水凝膠邊界。來自hiPSCs的神經(jīng)元表達(dá)成熟的神經(jīng)元標(biāo)記物MAP-2和突觸素I和II(SYN)。對NVU細(xì)胞成分進(jìn)行神經(jīng)元標(biāo)記物MAP-2和星形細(xì)胞標(biāo)記物GFAP的免疫染色。幾乎沒有彩色的神經(jīng)元(iv)。Fluoro-JadeC染色神經(jīng)元缺氧(vi)。基因表達(dá)改變的缺血(vii)。分化NPCs(viii至xiii)中胞漿鈣離子(Ca2+)的自發(fā)振蕩。NPCs用DiL(紅色)預(yù)染色。采用fluo-4am(綠色)檢測細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度。從4個獨(dú)立的樣本中隨機(jī)選擇表達(dá)il的細(xì)胞，在缺氧狀態(tài)(n=34個細(xì)胞)和缺血狀態(tài)(n=14個細(xì)胞)各2個。分化后的NPCs在10min內(nèi)表現(xiàn)出4種不同的Ca2+振蕩模式(ix)，標(biāo)記的細(xì)胞分別表現(xiàn)出振蕩模式、瞬變模式、持續(xù)模式和不明顯模式。為每個Ca2+細(xì)胞的比例數(shù)字振蕩模式(x)和細(xì)胞數(shù)量的變化(xi)。由于缺血細(xì)胞鈣振蕩的振幅和頻率顯示振蕩Ca2+信號。B.內(nèi)皮的行為。熒光(i和iii)和相位對比(ii和iv)圖像顯示有或沒有流動的內(nèi)皮形態(tài)。ZO-1和VEGF表達(dá)遍布于缺血的內(nèi)皮。ZO-1表達(dá)的整體程度內(nèi)皮通過引入流量增加和減少在缺血性疾病(n=3)(vi)。ZO-1表達(dá)式的空間分布在單個細(xì)胞量化通過計算像素的數(shù)量(y軸)相應(yīng)的熒光強(qiáng)度(x軸)。ZO-1表達(dá)式在缺血性細(xì)胞分散在整個胞體與局部峰值的模式顯示在常氧細(xì)胞。內(nèi)皮在缺血時上調(diào)VEGF表達(dá)(n=3)(ix)。C.周細(xì)胞的行為。少量周細(xì)胞暴露在內(nèi)皮(i)和腦通道(ii)側(cè)壁之間。白色箭頭表示周細(xì)胞。

　　圖4星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞行為。A.星形膠質(zhì)細(xì)胞的行為。常氧星形膠質(zhì)細(xì)胞中的AQP4定位于水凝膠側(cè)壁形成的內(nèi)皮(i和ii)，而缺血星形膠質(zhì)細(xì)胞中的AQP4分布于胞體(iii和iv)。常氧(v)和缺血(vi)星形膠質(zhì)細(xì)胞中GFAP的表達(dá)。在常氧和缺血樣本中，星形細(xì)胞胞體的最長和最短軸的比值(vii)。分析了來自3個獨(dú)立芯片的15個細(xì)胞。定量的星形膠質(zhì)細(xì)胞GFAP在常氧和缺血樣本中的表達(dá)水平(n=3)(viii)。B.小膠質(zhì)細(xì)胞的行為。缺血時小膠質(zhì)細(xì)胞(用抗iba-1抗體染色)上調(diào)CD68的表達(dá)(i和ii)。正常氧和缺血樣本中小膠質(zhì)細(xì)胞體的最長軸和最短軸的比值(iii)。小膠質(zhì)的表達(dá)il-1β和CD68在常氧和缺血性(3h和24h)樣品.小膠質(zhì)細(xì)胞移植的表達(dá)il-1β只在最初幾個小時的局部貧血的發(fā)病.CD68在整個時間缺血小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)(n=3)(xi)。

　　該研究概述了體外正常和缺血條件下的NVU行為，從而有效和系統(tǒng)地評估干細(xì)胞治療的療效，克服了動物模型和目前可用的體外模型的局限性。這項研究的結(jié)果，特別是不同干細(xì)胞的神經(jīng)恢復(fù)潛力的特征，可以在研究和臨床中引導(dǎo)干細(xì)胞治療的方向。這項工作中提出的方法也立即適用于廣泛的其他脈管系統(tǒng)相關(guān)疾病，在精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域開辟了新的可能性。

　　ATA-2082高壓放大器

　　帶寬：（-3dB）DC~200kHz

　　電壓：800Vp-p（±400Vp）

　　電流：40mAp

　　功率：16Wp

　　壓擺率：≥356V/μs

　　可程控

　　參考文獻(xiàn)

Lyu, Z., Park, J., Kim, KM. et al. A neurovascular-unit-on-a-chip for the evaluation of the restorative potential of stem cell therapies for ischaemic stroke. Nat Biomed Eng 5, 847–863 (2021). 

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