基于微流控芯片技術的多重誘導神經芯片模型

神經系統(tǒng)發(fā)育是一個高度動態(tài)和極其復雜的過程。動物生命有機體需要產生足夠數量的神經元，并引導這些微環(huán)境敏感的神經元完成軸突延伸、樹突分支和突觸形成，實現高度精確和特異性的神經連接，進而實現有機體各生理功能的相互協(xié)調。神經軸突導向在這一過程中則起到了至關重要的作用。軸突前端的生長錐，通過探測和識別胞外環(huán)境中的不同信號（吸引和排斥），并將信號轉化為化學趨向性反應，實現精確軸突導向。建立體外仿生的組織細胞外微環(huán)境，探索和理解這些錯綜復雜的神經發(fā)育過程（例如：吸引和排斥信號整合引導軸突延伸）對神經科學、發(fā)育生物學及臨床醫(yī)學都具有極大的科學研究與應用價值。然而，目前國內外學者研究主要集中于單因素誘導的神經發(fā)育，對于多誘導因素參與的神經系統(tǒng)發(fā)育微環(huán)境體外構建及其技術與方法，還有待進一步解決。

中南大學基礎醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系劉文明課題組和西北農林科技大學化學與藥學院王進義課題組針對這一問題，采用微流控芯片技術，并通過在特定微管道內引入水凝膠材料，成功實現了不同生化分子在不同方向濃度梯度發(fā)生的微尺度、時間與空間控制，驗證了多向水凝膠屏障可滿足芯片內快捷、穩(wěn)定、長時間的單一線性和雙輻射化學濃度梯度的無剪切力發(fā)生；進一步，基于微流控精確流體操作，完成了芯片內的鼠原代皮質神經元培養(yǎng)，并使其保持高活性、代表性神經元表型和神經突起生長及延伸；重要的是，通過實驗研究證實了該芯片模型可用于神經導向吸引與排斥因子梯度共存微環(huán)境下的軸突導向研究。該研究建立的微流控多梯度芯片為探究神經發(fā)生、發(fā)展及再生提供了一很好的微尺度操作與分析原型平臺。研究者認為，這一方法學進展有助于優(yōu)化設計和仿生構建可時空控制的多重濃度梯度組織微環(huán)境系統(tǒng)，在神經生物學、腫瘤學、炎癥、及精準醫(yī)療等領域均具有重要的應用研究潛力。