微生理系統(tǒng)是一種細胞模型研學體驗，它可再現(xiàn)器官或組織中細胞所暴露的動態(tài)微環(huán)境結構，可用于復(fù)現(xiàn)生理學(xué)的各個方面市場開拓。它們通常整合了氣體或液體流動等特征高產，因此常常被稱為微流控器官芯片。這類技術(shù)能有效彌補傳統(tǒng)動物模型在疾病機制研究和藥物反應(yīng)預(yù)測方面的局限性發揮作用，并在特定場景下實現(xiàn)動物實驗替代良好。以糖尿病研究為例，其在藥物代謝評估（如肝臟-胰島軸模擬）及高效篩選中已展現(xiàn)出明確的臨床轉(zhuǎn)化潛力銘記囑托。

上海大學(xué)材料基因組工程研究院高興華團隊通過氣動控制的微流體紡絲技術(shù)制備了負(fù)載胰島細胞的微纖維引領，用于構(gòu)建微生理系統(tǒng)。該研究成果以“Engin-eering pancreatic islet-loaded microfibers via pneumatically-controlled microfluidic spinning for the assembly of a microphysiological system"為題，發(fā)表在《Biomaterials》期刊上應用前景。

該研究介紹了一種基于微纖維的胰島微生理系統(tǒng)（MPS）有很大提升空間，通過氣動控制的微流體紡絲技術(shù)制備胰島細胞負(fù)載的微纖維，并將其與血管內(nèi)皮細胞共培養(yǎng)在微流控芯片中首次。該系統(tǒng)能夠模擬胰島的生理微環(huán)境可能性更大，為糖尿病研究和藥物篩選提供了一個新的平臺。該研究通過摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)（nanoArch® S140搖籃，精度：10μm）制備了微流控紡絲芯片模具和組裝芯片模具技術，再結(jié)合PDMS翻模技術(shù)制備了兩種芯片。

圖1展示了胰島微生理系統(tǒng)的設(shè)計原理圖推動，包括基于微流控紡絲技術(shù)結(jié)合氣動控制制備的胰島微纖維相對較高，以及將微纖維與血管內(nèi)皮細胞組裝的微流控系統(tǒng)。圖中詳細描繪了微纖維的制備過程即將展開，包括核心流大幅增加、樣本流和鞘流的注入，以及通過氣動控制實現(xiàn)的液滴形成和微纖維的收集傳承。此外等特點，還展示了微纖維在微流控系統(tǒng)中的組裝方式，以及最終構(gòu)建的胰島微生理系統(tǒng)形式，模擬了胰島的生理微環(huán)境和血管化結(jié)構(gòu)建設應用。

圖2展示了通過氣動控制微流控紡絲技術(shù)制備的含水滴微纖維的表征結(jié)果日漸深入。圖中通過明場和熒光顯微鏡圖像展示了微纖維的連續(xù)性和水滴的均勻分布情況動力，同時利用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析了微纖維的化學(xué)組成，確認(rèn)了微纖維中鈣藻酸鹽和葡聚糖的存在互動式宣講。此外效高性，通過共聚焦顯微鏡的三維成像技術(shù)進一步驗證了水滴在微纖維中的空間分布，表明水滴與纖維之間無相互擴散自動化，為細胞的三維培養(yǎng)提供了獨立的微環(huán)境提升。

圖3展示了微流控紡絲條件優(yōu)化的結(jié)果不折不扣，研究了氣動閥頻率支撐能力、核心流速、樣本流速和鞘流速對微纖維中水滴尺寸高效利用、間距和纖維寬度的影響特征更加明顯。結(jié)果顯示，核心流速和氣動閥頻率主要影響水滴的尺寸講理論，樣本流速影響水滴間距的可能性，而鞘流速則主要影響纖維的寬度不要畏懼。通過優(yōu)化這些參數(shù)，實現(xiàn)了水滴的均勻分布和高通量制備問題，為細胞的三維培養(yǎng)提供了理想的微環(huán)境逐漸顯現。

圖4展示了胰島細胞負(fù)載微纖維的制備與表征結(jié)果系統穩定性。圖中通過明場和熒光顯微鏡圖像展示了胰島細胞在微纖維中的分布情況拓展基地，細胞被標(biāo)記為綠色熒光，表明細胞在微纖維的水滴中均勻分布培訓。細胞活性檢測結(jié)果顯示細胞在微纖維中具有高活性和良好的增殖能力說服力。此外，通過共聚焦顯微鏡對細胞骨架和胰島素分泌的染色結(jié)果表明分析，細胞在微纖維中形成了類似胰島的三維結(jié)構(gòu)表示，并具有正常的內(nèi)分泌功能》浅＜ち?；虮磉_分析進一步證實了微纖維中細胞的胰島功能增強競爭力所在。

圖5展示了微纖維組裝芯片的設(shè)計和流體動力學(xué)模擬結(jié)果領域。圖中詳細描繪了組裝芯片的結(jié)構(gòu)溝通機製，包括用于微纖維和血管內(nèi)皮細胞共培養(yǎng)的大腔室以及對稱的微通道網(wǎng)絡(luò)。通過COMSOL軟件進行的流體動力學(xué)模擬顯示註入新的動力，通過調(diào)節(jié)入口流速領先水平，可以模擬毛細血管中的流體剪切應(yīng)力，為細胞提供生理相關(guān)的流體環(huán)境雙重提升。模擬結(jié)果表明戰略布局，微纖維和細胞所在的中央腔室的流體剪切應(yīng)力較低，而通道進出口附近的剪切應(yīng)力較高表現明顯更佳，這種梯度有利于內(nèi)皮細胞的生長和血管化狀態。

圖6通過熒光顯微鏡圖像展示了血管內(nèi)皮細胞在微纖維表面的生長和血管化情況指導。結(jié)果顯示廣泛認同，內(nèi)皮細胞在微纖維表面形成了豐富的血管樣結(jié)構(gòu)，并表達了特異性的內(nèi)皮標(biāo)記物CD31流動性。通過共聚焦顯微鏡的Z軸掃描和三維建模鍛造，進一步證實了內(nèi)皮細胞在微纖維上的單層排列和血管樣結(jié)構(gòu)的形成。此外持續創新，基因表達分析表明改善，與二維培養(yǎng)相比，微纖維上的內(nèi)皮細胞表現(xiàn)出更高的血管生成相關(guān)基因表達水平合理需求，如CD31是目前主流、VCAM-1和KLF2，表明微纖維促進了內(nèi)皮細胞的血管化高質量。

圖7展示了胰島微生理系統(tǒng)的構(gòu)建和抗糖尿病藥物GLP-1(7-37)的評估結(jié)果。圖中通過熒光顯微鏡圖像展示了胰島細胞和血管內(nèi)皮細胞在微纖維上的共培養(yǎng)情況管理，以及胰島細胞的胰島素分泌功能推動並實現。在動態(tài)培養(yǎng)條件下，胰島細胞保持了正常的內(nèi)分泌功能覆蓋範圍。通過MTT實驗優化程度、ELISA檢測和NO釋放檢測，評估了GLP-1(7-37)對胰島細胞和內(nèi)皮細胞的增殖奮勇向前、胰島素分泌和NO釋放的影響不斷豐富。結(jié)果顯示，GLP-1(7-37)顯著促進了胰島細胞的增殖和胰島素分泌組建，同時也增強了內(nèi)皮細胞的增殖和NO釋放能力各有優勢，表明該微生理系統(tǒng)可用于抗糖尿病藥物的體外評估。

圖7. 胰島微生理系統(tǒng)的構(gòu)建和抗糖尿病藥物GLP-1(7-37)的評估結(jié)果持續。

總結(jié)：本文通過氣動控制的微流體紡絲技術(shù)成功制備了胰島細胞負(fù)載的微纖維，并構(gòu)建了一種模擬胰島生理微環(huán)境的微生理系統(tǒng)再獲。該系統(tǒng)不僅能夠支持胰島細胞和血管內(nèi)皮細胞的共培養(yǎng)產品和服務，還能夠用于藥物篩選和疾病機制研究。未來體驗區，該技術(shù)有望進一步優(yōu)化增多，以實現(xiàn)更復(fù)雜的組織模擬和更高效的藥物評估，為糖尿病的個性化治療提供新的工具和方法增幅最大。