生物屏障功能建模的模块化微生理系统
微生理系统又称芯片上的器官，是用于体外模拟人体生理的微流控装置。聚二甲基硅氧烷( PDMS )是目前应用最广泛的芯片上器官材料，其制备方法和性能使其适用于低细胞毒性、光学透明、透气性等生物应用。然而，小分子的吸收和未交联低聚物的浸出可能会阻碍PDMS基片上器官用于药物发现检测。在此，我们设计了一个模块化的、无PDMS的微电生理系统，该系统能够重现PDMS器件中常见的生物屏障功能。我们的微生理系统由微流控芯片和气动微流控泵组成，以可编程压力和剪切应力驱动流动。模块化的体系结构和可编程泵使我们能够模拟多个体内微环境。首先，我们证明了在培养膜上产生循环应变的能力，并建立了肺泡气液界面模型。其次，利用三维有限元分析建模对装置内流体动力学进行了表征，建立了发生在肾小球滤过屏障处的压力驱动过滤模型。最后，我们证明我们的模型可以用于球鞘脂诱导的肾损伤的再造。总之，我们的研究结果表明，在不使用PDMS的情况下，可以构建一个多功能、模块化的微电生理系统。此外，我们在微流控装置中使用的生物惰性塑料适用于各种既定的、高通量的制造技术，如注射成型。因此，塑料片上器官的发展为满足日益增长的片上器官技术需求提供了途径。