科研人員利用器官晶元技術仿生構建動態三維血腦屏障模型

近日，中國科學院大連化學物理研究所微流控晶元研究組（1807組）秦建華研究團隊利用器官晶元技術成功構建了一種動態三維高通量血腦屏障模型，並用於腫瘤腦轉移和藥效評價研究，相關研究成果發表在《科學報告》（Scientific Reports，DOI: 10.1038/srep36670）上。

血腦屏障(blood-brain barrier，BBB) 是介於人腦中血液和腦組織之間的一道生理屏障，對維持中樞神經系統的生理活動和腦內微環境的穩態至關重要。研究表明，血腦屏障功能異常與阿爾茲海默病（老年性痴呆）、腦腫瘤和帕金森病等腦疾病的發生密切相關。血腦屏障的結構緻密性和高選擇性使大多數藥物分子難以進入腦組織，在一定程度上限制了針對中樞神經系統藥物的研究與開發。因此，建立有效可靠的體外血腦屏障系統，解決現有二維細胞及動物模型與體內偏差較大的不足，一直是新葯開發領域亟待解決的關鍵問題。

本工作中，研究者充分利用器官晶元技術的多維網路結構與功能集成特點，創新性構建了包含有多種腦細胞、細胞外基質和機械流體條件等核心要素的動態三維血腦屏障模型，驗證了其近生理環境的結構功能特性，並實現了對臨床抗腫瘤藥物穿透屏障能力的篩選與評價。該三維血腦屏障模型具有如下顯著特點：（1）屏障結構完整，具備良好的緊密連接結構。（2）分子透過率較低，對小分子物質屏障功能強。（3）跨膜電阻高，可達到生理跨膜電阻值範圍。（4）可實現多種腦細胞動態三維共培養與細胞跨屏障遷移觀測。（5）可進行機械流體施加與多種藥物評價。通過模型建立的血腦屏障晶元系統可模擬體內腦生理病理微環境，為開展腦腫瘤研究和藥物篩選提供了一種新的方法，也為老年性痴呆和神經退行性病變等重大腦疾病研究、新葯研發和毒理學研究提供了新的思路。

器官晶元是近年發展起來的一門新興交叉學科，在新葯研發、幹細胞研究、組織器官發育和毒理學預測等領域具有重要應用前景，被2016年達沃斯論壇列為「十大新興技術」之一。秦建華研究團隊致力於人體器官晶元的基礎與應用研究，將微流控技術與細胞生物學、生物材料和幹細胞技術相結合，建立了一系列功能化的縮微組織器官類型，包括心臟、血管、腎臟、骨和腦等，並用於多種疾病發病機制、藥效評價、發育學和轉化毒理學等研究，相關研究成果發表在Advanced materials、Biomaterials、Oncotarget、Lab on a Chip和IntegrativeBiology等期刊雜誌上。