利用器官芯片技术仿生构建动态三维血脑屏障模型

　　近日，中国科学院大连化学物理研究所微流控芯片研究组（1807组）秦建华研究团队利用器官芯片技术成功构建了一种动态三维高通量血脑屏障模型，并用于肿瘤脑转移和药效评价研究，相关研究成果发表在《科学报告》（Scientific Reports，DOI: 10.1038/srep36670）上。

　　血脑屏障(blood-brain barrier，BBB) 是介于人脑中血液和脑组织之间的一道生理屏障，对维持中枢神经系统的生理活动和脑内微环境的稳态至关重要。研究表明，血脑屏障功能异常与阿尔兹海默病（老年性痴呆）、脑肿瘤和帕金森病等脑疾病的发生密切相关。血脑屏障的结构致密性和高选择性使大多数药物分子难以进入脑组织，在一定程度上限制了针对中枢神经系统药物的研究与开发。因此，建立有效可靠的体外血脑屏障系统，解决现有二维细胞及动物模型与体内偏差较大的不足，一直是新药开发领域亟待解决的关键问题。

　　 本工作中，研究者充分利用器官芯片技术的多维网络结构与功能集成特点，创新性构建了包含有多种脑细胞、细胞外基质和机械流体条件等核心要素的动态三维血脑屏障模型，验证了其近生理环境的结构功能特性，并实现了对临床抗肿瘤药物穿透屏障能力的筛选与评价。该三维血脑屏障模型具有如下显著特点：（1）屏障结构完整，具备良好的紧密连接结构。（2）分子透过率较低，对小分子物质屏障功能强。（3）跨膜电阻高，可达到生理跨膜电阻值范围。（4）可实现多种脑细胞动态三维共培养与细胞跨屏障迁移观测。（5）可进行机械流体施加与多种药物评价。通过模型建立的血脑屏障芯片系统可模拟体内脑生理病理微环境，为开展脑肿瘤研究和药物筛选提供了一种新的方法，也为老年性痴呆和神经退行性病变等重大脑疾病研究、新药研发和毒理学研究提供了新的思路。

　　器官芯片是近年发展起来的一门新兴交叉学科，在新药研发、干细胞研究、组织器官发育和毒理学预测等领域具有重要应用前景，被2016年达沃斯论坛列为“十大新兴技术”之一。秦建华研究团队致力于人体器官芯片的基础与应用研究，将微流控技术与细胞生物学、生物材料和干细胞技术相结合，建立了一系列功能化的缩微组织器官类型，包括心脏、血管、肾脏、骨和脑等，并用于多种疾病发病机制、药效评价、发育学和转化毒理学等研究，相关研究成果发表在Advanced materials、Biomaterials、Oncotarget、Lab on a Chip 和Integrative Biology 等期刊杂志上。

　　上述研究工作得到了国家自然科学基金和科技部国际合作项目的支持。

大连化物所利用器官芯片技术仿生构建动态三维血脑屏障模型