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器官芯片的环境暴露模型构建方法2026-05-27 08:45:47

器官芯片借助其独特的结构设计以及微流控技术优势,构建出更为复杂且真实的环境暴露模型,此项技术可模拟环境污染物在生物体内的暴露途径以及代谢过程。皮肤-肝脏组合器官芯片系统的开发,可推动经皮肤吸收的环境污染物在体内系统毒性作用的研究,在该系统里,皮肤芯片模块于上层微通道表面培养人体皮肤角质形成细胞与真皮成纤维细胞,形成多层皮肤样结构将污染物溶液涂布于表面以模拟皮肤接触过程,当皮肤芯片暴露于污染物时,这些污染物有可能穿透角质层渗入真皮层后,之后凭借微通道流体输送至肝脏芯片模块,肝脏芯片模块支持多种肝细胞类型的培养,囊括肝细胞与肝星状细胞等,以此模拟肝脏组织结构和生理功能,在此处可评估污染物及其代谢物引发的肝脂肪变性、炎症反应以及药物代谢酶基因表达的改变等对肝细胞的毒性作用。借助分析皮肤芯片与肝脏芯片间信号分子的分泌和传递,可深入了解代谢转化途径与组织分布特征以及多种潜在的协同机制。

最新研究建立的第二孕期胎盘器官芯片模型,以香烟烟雾提取物作为阳性对照,在更接近体内剪切力和微绒毛形态的条件下,可真实地暴露并评估双酚A等内分泌干扰物穿越母胎屏障的能力。结果说明这些内分泌干扰物可诱导胎盘细胞氧化应激与特异性内分泌改变,验证了器官芯片在妊娠期暴露评估中的独特价值。器官芯片以微流控结构与模块化设计可以为高通量毒性筛选提供理想的研究平台。
 
通过在单个芯片上集成多个微型器官模型单元可同步测试多种环境污染物或不同浓度的毒性效应。就心血管器官芯片而言,可以在芯片内设计多个平行微腔,每个微腔包含心肌细胞、内皮细胞和平滑肌细胞等构成心血管系统的必需细胞类型。在高通量毒性筛选实验中将不同环境污染物或不同浓度梯度的特定污染物引入各微腔,通过使用生物传感器与显微成像技术实时监测心肌细胞收缩功能以及血管内皮通透性变化、细胞活力和细胞凋亡等毒性指标。
 
微腔底部集成微电极阵列可检测心肌细胞电信号变化并反映其收缩力功能。荧光标记大分子结合共聚焦显微镜可观察血管内皮细胞层的荧光渗漏并评估屏障功能完整性。这种平台能通过对大量样品的快速检测和分析来识别具有心血管毒性的环境污染物并建立剂量反应关系来显著提升毒性筛查的效率和准确性。
 
出自《类器官和器官芯片在环境毒理学研究中的应用》作者马萍,杨旭 。