肝臟在代謝活動(dòng)中發(fā)揮著重要作用，如血液中葡萄糖水平的調(diào)節(jié)，血漿蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，藥物代謝，膽汁的產(chǎn)生，并從形態(tài)和功能的角度呈現(xiàn)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。由于其重要性，在過(guò)去幾十年中已經(jīng)被廣泛研究以了解藥物代謝和毒性（DILI-藥物誘導(dǎo)的肝損傷）以及肝病，肝炎，肝纖維化和癌癥等的機(jī)制。

肝竇結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)短概述

肝門(mén)靜脈（來(lái)自腸道）和肝動(dòng)脈將血液帶到肝臟，在那里它被混合在稱為血竇的毛細(xì)血管中并收集在肝中央靜脈中，在那里被帶回心臟。肝臟由重復(fù)單元組成，小葉具有六邊形形狀，由肝細(xì)胞組成（HCs）排列在正弦波周圍的繩索結(jié)構(gòu)中，由一個(gè)perisinusoidal空間，Disse的空間隔開(kāi)。肝細(xì)胞是實(shí)質(zhì)肝細(xì)胞，主要參與蛋白質(zhì)和膽汁合成以及肝臟代謝，而主要的非實(shí)質(zhì)（NPC）細(xì)胞是肝竇內(nèi)皮細(xì)胞（LSECs），庫(kù)普弗細(xì)胞（巨噬細(xì)胞）和星狀細(xì)胞。肝細(xì)胞通過(guò)Disse空間的交換從正弦細(xì)胞中獲得營(yíng)養(yǎng)。

圖1.肝竇的方案。血液流動(dòng)的正弦曲線與由肝細(xì)胞組成的薄壁組織，通過(guò)竇狀內(nèi)皮細(xì)胞膜和Disse空間分離。4種主要類型的細(xì)胞是內(nèi)皮細(xì)胞，庫(kù)普弗細(xì)胞和星狀細(xì)胞（非實(shí)質(zhì)細(xì)胞）和肝細(xì)胞。圖來(lái)自Tsutsui等[9]。

 工程肝臟體外模型

圖2.肝臟體外模型的常用方法的圖形表示。這些方法可分為非灌注系統(tǒng)（MPCC，3D球體）和灌注系統(tǒng)（肝臟上芯片），而高通量細(xì)胞微陣列通常用于藥物篩選和開(kāi)發(fā)[2] [10]。

肝臟芯片模型：人工肝竇

我們已經(jīng)決定在此描述由Lee等人開(kāi)發(fā)的人工肝竇，他設(shè)計(jì)了一種微流體平臺(tái)，能夠重建原代肝細(xì)胞接種的生理微環(huán)境（質(zhì)量傳遞條件）。

芯片設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

微流體平臺(tái)由營(yíng)養(yǎng)物和藥物流動(dòng)的通道和用于接種緊密包裝的肝細(xì)胞的細(xì)胞室組成。事實(shí)上，已經(jīng)證明，高密度的原代細(xì)胞允許形成具有增強(qiáng)的活力和代謝活性的細(xì)胞 - 細(xì)胞相互作用。在芯片設(shè)計(jì)中包括具有由一組平行微通道組成的正弦形狀的可滲透的內(nèi)皮樣屏障，以便（i）防止對(duì)HC具有危險(xiǎn)的高剪切應(yīng)力和（ii）將HC包裝在電池中區(qū)域。

圖3. Lee等人設(shè)計(jì)的人造肝竇。流動(dòng)通道和細(xì)胞室寬50μm，高30μm。這兩個(gè)區(qū)域分別模擬血管和肝實(shí)質(zhì)，并由一個(gè)由平行微通道（2 x1μm - 寬x高）組成的屏障隔開(kāi)，該微通道起肝臟內(nèi)皮細(xì)胞（LSECs）的作用。屏障允許同時(shí)將肝細(xì)胞緊密包裹在細(xì)胞區(qū)域（右圖），同時(shí)確保低剪切應(yīng)力。（比例尺50μm）。來(lái)自Moraes等人的圖。

1.芯片微加工

通過(guò)光刻在硅晶片上以兩個(gè)步驟對(duì)SU-8（負(fù)性光致抗蝕劑）進(jìn)行圖案化：旋涂1μm厚的SU-8層以形成內(nèi)皮樣屏障的通道，然后是30μm的SU-8。用于創(chuàng)建流動(dòng)和細(xì)胞播種的通道。接著，從SU-8模具中復(fù)制聚二甲基硅氧烷（PDMS）芯片并粘合到載玻片上。

2.設(shè)計(jì)芯片參數(shù)以模擬肝臟微循環(huán)

該芯片設(shè)計(jì)用于確保100 pL / s的營(yíng)養(yǎng)物體積流量（對(duì)于細(xì)胞區(qū)域中加載的約250個(gè)肝細(xì)胞），這是典型的肝臟微循環(huán)。為此，對(duì)于流動(dòng)通道和可滲透屏障，通道寬度，高度和長(zhǎng)度分別設(shè)定為（50×30×1200）μm和（2×1×30）μm。使用2 x1μm的阻隔通道橫截面，低對(duì)流流動(dòng)，因此確保了高的總流體阻力（比流體通道中高1000倍），因此能夠進(jìn)行擴(kuò)散傳輸。以這種方式，HC暴露于低剪切應(yīng)力并且可以通過(guò)穿過(guò)屏障的擴(kuò)散來(lái)接收營(yíng)養(yǎng)物。

3.設(shè)計(jì)芯片參數(shù)以控制緊密堆積的肝細(xì)胞的負(fù)載

內(nèi)皮樣屏障的設(shè)計(jì)還允許加載高密度的HC而不損壞它們或屏障本身。驗(yàn)證通道的窄橫截面以減少界面處的細(xì)胞膜變形。因此，正向流動(dòng)將細(xì)胞導(dǎo)向細(xì)胞區(qū)域的底部而沒(méi)有堵塞，這導(dǎo)致高細(xì)胞包裝。此外，細(xì)胞產(chǎn)生的增加的抗性決定了接種過(guò)程結(jié)束時(shí)的加載速率的降低。

用于原代細(xì)胞培養(yǎng)的微流控芯片：結(jié)果和結(jié)論

將大鼠和人原代肝細(xì)胞加載到細(xì)胞區(qū)域內(nèi)，并評(píng)估細(xì)胞活力長(zhǎng)達(dá)7天。用培養(yǎng)基連續(xù)灌注微流體平臺(tái)。結(jié)果顯示兩種細(xì)胞系在7天后保持其存活力而不需要膠原蛋白包被（在靜態(tài)培養(yǎng)系統(tǒng)中是必需的）。此外，由于細(xì)胞 - 細(xì)胞接觸，高密度細(xì)胞確保了高代謝活性。

該評(píng)價(jià)顯示了微流體平臺(tái)如何被設(shè)計(jì)成能夠非常模仿組織或器官的特定功能。在這項(xiàng)工作中，設(shè)計(jì)了一個(gè)由流動(dòng)通道，細(xì)胞區(qū)域和可滲透的內(nèi)皮樣屏障組成的微流體裝置，以類似于肝臟微循環(huán)條件，改善肝細(xì)胞活力和細(xì)胞 - 細(xì)胞相互作用。 評(píng)論由Alessandra Dellaquila撰寫(xiě)。

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