軟骨芯片：體外重現關節病變過程

這是微納立方第30篇微流控推文。

今年3月，Lab on a chip上發表了一篇關節軟骨芯片的文章（鏈接在文末），可以模擬軟骨細胞所受到的多向機械刺激，拿膝關節為例，就是說可以模擬運動員、超重人員等各種人群的膝關節負荷情況，并且可以觀察軟骨細胞在這種負荷下是如何一步步發生炎癥的，進而采取更精準的診斷及治療措施，造福社會。下面簡單介紹下帕吉（Paggi）等人的成果。

（軟骨芯片，單面約硬幣這么大）

帕吉他們的想法很有意思，在軟骨芯片上做了3個并排的彈性PDMS腔體，腔體緊挨著下方的軟骨細胞，它們的每次形變都是對軟骨細胞的刺激，利用3個腔體的組合刺激來模擬軟骨在日常及運動中所受的多向機械刺激，芯片結構見下圖。

膝關節運動案例如下，藍色箭頭表示軟骨細胞受到PDMS膜的壓縮刺激，綠色箭頭為軟骨細胞受到的剪切力方向。

經過一段時間的培養與刺激，軟骨細胞出現了促炎反應（釋放細胞因子），并且這種反應在不同的刺激強度下，反應強度也出現了差距。在培養第15天（刺激14天）后，糖胺聚糖（細胞外基質主要成分）產物顯著增加。

（無刺激、壓縮刺激和多向機械刺激對軟骨細胞表型的影響，細胞外基質濃度不同）

本研究里，PDMS腔體的厚度為50μm，其形變量即反應了對軟骨細胞的刺激強度，為了精準控制刺激大小及變化，需要一款精密壓力控制儀器，帕吉他們選擇了法國Fluigent的壓力泵MFCS，4個獨立壓力輸出通道，性能出色，響應快且穩定性佳，是微流控研究人員手里的好工具。

（法國Fluigent 4通道壓力泵MFCS）

現在更多科學家會選擇單手操作的Flow EZ壓力泵，可以一邊使用一邊做顯微鏡觀察。

（法國Fluigent 單手操作壓力泵Flow EZ）

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論文請點擊閱讀原文查看：Lab on Chip, 2022, 22 (DOI: 10.1039/d1lc01069g)