基于微流控芯片技術(shù)的多重誘導(dǎo)神經(jīng)芯片模型

神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)和極其復(fù)雜的過程。動(dòng)物生命有機(jī)體需要產(chǎn)生足夠數(shù)量的神經(jīng)元，并引導(dǎo)這些微環(huán)境敏感的神經(jīng)元完成軸突延伸、樹突分支和突觸形成，實(shí)現(xiàn)高度精確和特異性的神經(jīng)連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有機(jī)體各生理功能的相互協(xié)調(diào)。神經(jīng)軸突導(dǎo)向在這一過程中則起到了至關(guān)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(zhuǎn)化為化學(xué)趨向性反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)精確軸突導(dǎo)向。建立體外仿生的組織細(xì)胞外微環(huán)境，探索和理解這些錯(cuò)綜復(fù)雜的神經(jīng)發(fā)育過程（例如：吸引和排斥信號整合引導(dǎo)軸突延伸）對神經(jīng)科學(xué)、發(fā)育生物學(xué)及臨床醫(yī)學(xué)都具有極大的科學(xué)研究與應(yīng)用價(jià)值。然而，目前國內(nèi)外學(xué)者研究主要集中于單因素誘導(dǎo)的神經(jīng)發(fā)育，對于多誘導(dǎo)因素參與的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育微環(huán)境體外構(gòu)建及其技術(shù)與方法，還有待進(jìn)一步解決。

中南大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系劉文明課題組和西北農(nóng)林科技大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院王進(jìn)義課題組針對這一問題，采用微流控芯片技術(shù)，并通過在特定微管道內(nèi)引入水凝膠材料，成功實(shí)現(xiàn)了不同生化分子在不同方向濃度梯度發(fā)生的微尺度、時(shí)間與空間控制，驗(yàn)證了多向水凝膠屏障可滿足芯片內(nèi)快捷、穩(wěn)定、長時(shí)間的單一線性和雙輻射化學(xué)濃度梯度的無剪切力發(fā)生；進(jìn)一步，基于微流控精確流體操作，完成了芯片內(nèi)的鼠原代皮質(zhì)神經(jīng)元培養(yǎng)，并使其保持高活性、代表性神經(jīng)元表型和神經(jīng)突起生長及延伸；重要的是，通過實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)了該芯片模型可用于神經(jīng)導(dǎo)向吸引與排斥因子梯度共存微環(huán)境下的軸突導(dǎo)向研究。該研究建立的微流控多梯度芯片為探究神經(jīng)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(rèn)為，這一方法學(xué)進(jìn)展有助于優(yōu)化設(shè)計(jì)和仿生構(gòu)建可時(shí)空控制的多重濃度梯度組織微環(huán)境系統(tǒng)，在神經(jīng)生物學(xué)、腫瘤學(xué)、炎癥、及精準(zhǔn)醫(yī)療等領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用研究潛力。