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近日，科罗拉多大学博尔德分校Kristi S. Anseth和Jason A. Burdick等人开发名为BELA的新型PEG水凝胶，结合了动态硼酸酯键与光聚合二硫烷-烯反应，实现了秒级应力松弛与弹性可调的统一，相关内容以“Ultrafast-relaxing and photopolymerizable PEG hydrogels enable viscoelasticity-mediated cell remodeling in synthetic matrices”为题发表在《Matter》上。这项研究不仅为细胞提供了类组织的粘弹性微环境，还支持通过光照进行精确力学调控与图案化打印，为生物制造与组织工程带来全新可能。 图1：BELA水凝胶的设计原理 01 光控动态网络设计 BELA水凝胶由多臂PEG分子功能化而成，一部分携带硼酸基团（BLA），另一部分携带葡萄糖酸内酯基团（GLA），还有一部分作为可光交联的“竞争分子”（GNX）。这些分子在溶液中自发形成动态网络，光照下GNX参与二硫烷-烯反应，形成共价交联，实现从溶液到凝胶的快速转变。这种设计允许同时调控弹性和松弛行为，为细胞提供了可编程的力学环境。 图2：BELA水凝胶的力学性能 02 可调粘弹力学谱 通过调节聚合物浓度，BELA水凝胶的储能模量可在数百至数万帕之间变化。松弛实验显示，低浓度凝胶在几秒内即可松弛大部分应力，而高浓度凝胶则保持较高的残余应力。频率扫描进一步揭示了其粘弹行为，低浓度凝胶在低频下出现G'与G''的交叉，说明动态交联占主导，使其具备快速重塑的能力。 图3：DLP打印与细胞介导的水凝胶重塑 03 细胞驱动凝胶凝聚 BELA水凝胶与数字光处理（DLP）打印兼容，可实现高精度细胞封装。当人间充质干细胞被封装在低交联比（C:D）凝胶中时，细胞会主动收缩并带动整个凝胶发生显著凝聚，面积减少达75%。这种“细胞驱动”的基质重塑类似于胶原蛋白等天然ECM中的行为，展示了水凝胶的动态响应能力。 图4：粘弹性调控细胞铺展与结构稳定性 04 粘弹性决定细胞形态 通过调节共价键与动态键比例（C:D），研究人员实现了从凝聚主导到铺展主导的细胞行为转变。低C:D凝胶中细胞凝聚显著但形状保持差；高C:D凝胶中细胞铺展更好、形状保持更优。拓扑数据分析（TDA）进一步量化了细胞-细胞连接与网络结构，揭示弹性越高，细胞形成的“环状结构”越大。 图5：通过光照时间调控细胞响应 05 曝光调控细胞行为 在固定配方下，仅改变光照时间即可调节水凝胶的交联密度与粘弹行为。短曝光（16秒）凝胶更软、更易被细胞重塑；长曝光（24秒）凝胶更稳定、细胞铺展受限。利用这一特性，可在单一构件中实现曝光梯度，引导不同区域的细胞表现出凝聚或铺展等差异行为，实现多力学域的空间编程。 图6：细胞重塑依赖整合素结合与F-肌动蛋白聚合 06 重塑依赖肌动蛋白 细胞在BELA凝胶中的重塑行为需要整合素配体（RGD）的参与，而N-钙黏蛋白模拟肽（HAVDI）则抑制铺展。细胞骨架抑制剂实验进一步表明，肌动蛋白聚合是重塑的关键步骤，而肌球蛋白抑制剂（Blebbistatin）影响较小。这说明细胞通过整合素-细胞骨架通路感知并重塑这种动态基质。 图7：多细胞类型的兼容性与应用拓展 07 多细胞兼容应用广 BELA水凝胶不仅支持人间充质干细胞，也适用于成肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞甚至肠类器官等多种细胞类型。例如，内皮细胞与间充质干细胞共培养可自组装形成VE-钙黏蛋白阳性单层；肠类器官可在其中形成隐窝样结构。这体现了该平台在组织工程、血管化和类器官培养中的广泛应用潜力。 结论 这项研究不仅提供了一种高度可调、光编程的粘弹性材料平台，更为理解细胞如何感知和重塑动态微环境提供了新工具。未来，此类智能水凝胶有望推动生物制造、疾病模型和再生医学的发展。 论文链接： https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(25)00567-3?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2590238525005673%3Fshowall%3Dtrue END 逸芯生命科学创新研发系列产品 点击下方图片，跳转了解更多 联系我们 陈   博  18011977236 (微信同号) 李经理  15796660129 (微信同号) 更多产品惊喜等你解锁！ @ 逸芯相关文章推荐 【微针主题】水凝胶微针常见表征 微针主题2:搞定水凝胶微针的关键制备步骤 《Advanced Materials》| 基于ROS调节的水凝胶策略：重编程氧化应激失衡促进糖尿病创面修复 扫码关注我们    了解更多前沿资讯 咨询热线：0755-29870720 投稿邮箱：ymm@eacinbio.com 关于我们 深圳逸芯生命科学有限公司是一家聚焦体外工程化器官芯片微生理系统的高科技公司，公司核心技术源自美国耶鲁大学、中山大学，作为中国领先的器官芯片高科技公司，依托自主研发的全流程、标准化器官芯片平台，引领着精准医学与药物研发的新方向，致力研发用于疾病机制探索和创新药物开发的器官芯片产品，已研发出数十款国际领先的创新产品，如类器官培养基、基质材料、多功能器官芯片生理及病理模型和高通量微球制备系统等，为疾病模型构建与新药开发提供了革命性工具。公司荣获2023粤港澳大湾区生物科技创新50强企业，2024亚太区CGT行业之星-最具投资价值类器官企业，2024年广东省首批科技型中小企业，2025年深圳市光明区合成生物企业。

微针（Microneedles, MNs）作为一类介于传统透皮贴剂与皮下注射之间的新型给药平台，凭借其微创性、高生物利用度、良好患者依从性以及可集成多功能等优势，近年来在生物医药、诊断监测、美容护肤乃至组织工程等多个领域迅速发展。微针技术通过穿透皮肤角质层形成微米级通道，实现无痛、微创的药物输送，其针头直径约为头发丝的十分之一，可有效避免传统注射带来的疼痛和感染风险。随着制造工艺的进步和材料科学的突破，微针已从最初的物理穿刺工具演变为集药物递送、传感检测、智能响应于一体的多功能微型系统。 微针制造技术与先进材料开发 从基础到前沿 微针的性能高度依赖于其几何结构与材料组成。近年来，微针制造技术已从简单的手工制作发展到高度自动化、精密化的先进制造体系。目前，主流制造方法包括3D打印（特别是双光子聚合和连续液面制造CLIP技术）、微模塑、激光加工和电化学沉积等。其中，CLIP技术因其高精度、高效率和可定制性，已成为微针阵列制造的主流方法，可实现亚100 nm尺度的精细结构，为高灵敏度生物传感微针提供了可能。 在材料方面，研究者广泛采用生物相容性高分子（如聚乙烯醇PVA、聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚乳酸PLA、聚己内酯PCL）、水凝胶、金属及复合材料（如磁性纳米颗粒/聚合物复合体系）来构建不同类型的微针。这些材料不仅决定了微针的机械强度与溶解行为，还直接影响药物负载效率与释放动力学。例如，基于PVA/PVP的水凝胶微针具有良好的生物相容性和可控溶解性，适用于多种药物的透皮递送；而含有磁性纳米颗粒的复合微针则为智能响应系统提供了基础。 图1（A）-实心微针;（B）-空心微针;（C）-涂层微针;（D）-溶解微针;（E）-水凝胶形成微针 图2微针（MN）的扫描电子显微镜（SEM）图像：（a）立体光刻（SLA）技术，（B）选择性激光烧结（SLS）技术，（c）数字光处理（DLP）技术，（d）熔融沉积建模（FDM）技术，（e）连续液体界面生产（CLIP）技术，（f）双光子聚合（2PP）技术 文献显示，微针制造技术正朝着高精度、高通量、低成本方向发展。2023年的一项研究表明，基于CLIP技术的微针制造工艺可将生产成本降低80%，同时将制造时间缩短至传统方法的1/5。在材料开发方面，新型生物可降解材料如聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）和壳聚糖衍生物，因其优异的生物相容性和可控降解性，已成为微针研究的热点。这些材料不仅能够承载药物，还能在特定条件下（如pH变化、酶解）实现药物的可控释放。 微针在药物与疫苗递送中的应用 从基础研究到临床转化 药物递送是微针技术最成熟且最具临床转化前景的应用方向。微针能够穿透角质层屏障，在不损伤真皮神经末梢的前提下将药物高效递送至表皮或真皮层，从而显著提升大分子药物（如蛋白质、肽类、核酸）的透皮效率。与传统注射方式相比，微针可减少疼痛、降低感染风险，并提高患者依从性。研究表明，微针递送的胰岛素比传统注射方式吸收更快，血糖控制效果更佳；而微针递送的疫苗则可诱导更强的体液与细胞免疫应答。 在癌症治疗领域，微针已用于递送化疗药物和光敏剂，实现对皮肤肿瘤的精准治疗。一项针对基底细胞癌和黑色素瘤的研究显示，微针递送系统在Ⅰ-Ⅲ期临床试验中表现出良好的治疗效果，病灶清除率较传统方式提高2.3倍。在糖尿病治疗方面，上海交通大学医学院附属第九人民医院团队研发的负载氢化镁的微针贴片，通过PLGA材料包裹实现氢气与镁离子的缓释，在糖尿病小鼠模型中显示创面愈合加速，治疗后第10天创面接近完全愈合。 图3 基于微针的经皮给药应用 疫苗递送是微针应用的另一大亮点。可溶性微针（dissolving microneedles, dMNs）由于制备简单、操作便捷、载药量大、不产生针尖废弃物等优点而备受关注。研究表明，dMNs可有效诱导特异性IgG表达，诱导强效的体液免疫应答。一项针对流感疫苗的研究显示，dMNs递送的疫苗在小鼠模型中诱导的抗体滴度比传统肌肉注射高3.5倍，且免疫应答持续时间更长。此外，微针疫苗具有良好的热稳定性，适用于资源有限地区的冷链豁免接种策略，为全球疫苗可及性提供了新思路。 微针在诊断与生物传感中的集成应用 从采样到实时监测 微针不仅可用于"输出"（递送），也可用于"输入"（采样）。通过提取皮肤间质液（ISF），微针可无创获取葡萄糖、乳酸、炎症因子、药物浓度等多种生物标志物，为连续健康监测提供新范式。例如，已有研究开发出可溶性PVA/PVP水凝胶微针贴片，用于糖尿病患者的无痛血糖监测，其检测精度与指尖血糖仪相当，但患者舒适度显著提高。 更进一步，微针可与电化学、光学或微流控传感器集成，构建"采样-检测-反馈"一体化的智能诊断平台。这种集成系统在重症监护、慢性病管理和个性化用药中具有广阔前景。武汉大学黎威教授团队开发的声动力抗菌微针系统，不仅能够实现抗菌治疗，还能通过监测炎症因子水平动态调整治疗方案。该系统通过在微针中嵌入pH响应材料，当伤口感染区域pH值下降时，微针针尖层开始溶解，释放抗炎药物，实现炎症的动态调控。 图4微针基生物传感平台用于连续健康监测与智能治疗 在皮肤疾病诊断方面，微针技术也展现出独特优势。通过提取皮肤间质液，微针可检测多种皮肤疾病相关的生物标志物，如银屑病中的IL-17、IL-23等。一项临床研究表明，微针提取的间质液中IL-17水平与银屑病严重程度高度相关，为疾病的早期诊断和疗效评估提供了客观指标。 微针在美容与皮肤修复领域的拓展 从治疗到预防 近年来，微针在化妆品和医美领域的应用快速增长。通过物理穿刺诱导皮肤微损伤，微针可激活胶原再生通路，改善皱纹、痘坑和色素沉着。更重要的是，功能性微针（如载有透明质酸、维A酸、生长因子的可溶微针）可将活性成分直接递送至真皮层，显著提升功效成分的渗透效率与生物利用度。 在适应症方面，微针已广泛应用于皮肤老化和亚健康状态（如皮肤松弛、皱纹、暗沉、毛孔粗大）、损容性皮肤病（如黄褐斑、炎症后色素沉着、痤疮、玫瑰痤疮、激素依赖性皮炎）以及各类皮肤萎缩纹（妊娠纹、膨胀纹）和瘢痕的治疗。一项针对面部细纹的临床研究表明，使用含活性成分的微针贴片可使皮肤弹性提高25%，细纹深度减少35%，且患者耐受性良好。在痤疮治疗中，微针联合药物递送系统可将药物递送至毛囊深处，显著提高治疗效果，减少复发率。 微针美容疗法还与自体富血小板血浆（PRP）技术相结合，形成"微针+PRP"联合治疗方案，显著提升皮肤修复和再生效果。临床数据显示，该联合治疗方案在改善面部细纹、毛孔粗大和皮肤质地方面效果优于单一微针治疗，总有效率达92.5%，患者满意度达88.3%。 智能响应型微针系统的兴起 从被动到主动 当前微针研究的前沿方向之一是开发具有环境响应能力的"智能微针"。这类系统可根据pH、温度、酶、磁场或光等外部刺激，实现药物的按需释放或动态调控。例如，有研究构建了基于Fe₃O₄@TpBD共价有机框架（COF）的磁性微针贴片，可在交变磁场下产热并触发一氧化氮（NO）供体释放，用于神经干细胞定向分化调控。 当前微针研究的前沿方向之一是开发具有环境响应能力的"智能微针"。这类系统可根据pH、温度、酶、磁场或光等外部刺激，实现药物的按需释放或动态调控。例如，有研究构建了基于Fe₃O₄@TpBD共价有机框架（COF）的磁性微针贴片，可在交变磁场下产热并触发一氧化氮（NO）供体释放，用于神经干细胞定向分化调控。 图5 磁控微针系统实现按需药物释放与生物信号调控 智能微针系统还被应用于糖尿病管理。智能胰岛素贴片可根据血糖水平自动调节胰岛素释放，实现血糖的闭环控制。研究表明，这种系统可将血糖波动范围减少50%，显著改善糖尿病患者的治疗效果和生活质量。 研究趋势与未来展望 从实验室走向临床 从文献计量学角度看，全球微针研究呈现持续高速增长态势。2000年仅有2篇相关论文，而到2023年已增至265篇，年均增长率达34%。中国与美国是该领域的两大主导力量，乔治亚理工学院、贝尔法斯特女王大学等机构在高影响力成果产出方面表现突出。 尽管基础研究蓬勃发展，但多数成果仍处于实验室阶段，临床转化率较低。未来需加强以下方向：（1）标准化制造工艺与质量控制；（2）长期生物安全性评估；（3）多模态功能集成（如递送+传感+反馈）；（4）面向真实世界场景的临床验证。 一项综合分析显示，目前微针技术在临床应用中面临的主要挑战包括：药物稳定性问题、制造成本高、患者依从性差异、以及缺乏统一的评价标准。为解决这些问题，研究者正致力于开发更稳定的微针载体、更经济的制造工艺、更人性化的使用设计，以及更科学的临床评价体系。 图6 微针递送系统的挑战 结语 综上所述，微针技术已形成以先进制造与材料为基础、以药物/疫苗递送为核心、以诊断监测和美容应用为延伸、以智能响应系统为前沿的五大研究支柱。随着跨学科融合的深入和技术瓶颈的突破，微针有望在未来十年内实现从"实验室创新"到"临床常规"的跨越，成为下一代精准医疗与健康管理的关键使能技术。微针技术的持续发展将不仅推动生物医药领域的进步，还将为个性化医疗、预防性健康管理和慢性病管理带来革命性变革。 参考文献 [1] Wang X, Wang Z, Xiao M, et al. Advances in biomedical systems based on microneedles: design, fabrication, and application[J]. Biomaterials Science, 2024, 12(3): 530-563. [2] Li J, Zhang Y, Tian J, et al. Advances in magnetic microneedles: From fabrications to applications[J]. Biomaterials, 2025: 123143. [3] Cammarano A, Iacono S D, Battisti M, et al. A systematic review of microneedles technology in drug delivery through a bibliometric and patent overview[J]. Heliyon, 2024, 10(23). [4] Olowe M, Parupelli S K, Desai S. A review of 3D-printing of microneedles[J]. Pharmaceutics, 2022, 14(12): 2693. [5] Xiang W, Jiang X, Guo L. A Bibliometric Analysis of Microneedle-Mediated Drug Delivery: Trends, Hotspots, and Future Directions[J]. Drug Design, Development and Therapy, 2025: 3805-3825. END 逸芯生命科学创新研发系列产品 点击下方图片，跳转了解更多 联系我们 陈   博  18011977236 (微信同号) 李经理  15796660129 (微信同号) 更多产品惊喜等你解锁！ @ 逸芯相关文章推荐 微针主题2:搞定水凝胶微针的关键制备步骤 认识微针：从基础原理到前沿应用—生物医学工程中的微尺度递送平台 微针技术在生物医学工程领域的应用 扫码关注我们    了解更多前沿资讯 咨询热线：0755-29870720 投稿邮箱：luotingfang@eacinbio.com 关于我们 深圳逸芯生命科学有限公司是一家聚焦体外工程化器官芯片微生理系统的高科技公司，公司核心技术源自美国耶鲁大学、中山大学，作为中国领先的器官芯片高科技公司，依托自主研发的全流程、标准化器官芯片平台，引领着精准医学与药物研发的新方向，致力研发用于疾病机制探索和创新药物开发的器官芯片产品，已研发出数十款国际领先的创新产品，如类器官培养基、基质材料、多功能器官芯片生理及病理模型和高通量微球制备系统等，为疾病模型构建与新药开发提供了革命性工具。公司荣获2023粤港澳大湾区生物科技创新50强企业，2024亚太区CGT行业之星-最具投资价值类器官企业，2024年广东省首批科技型中小企业，2025年深圳市光明区合成生物企业。

呼吸道疾病体现了对人类健康构成重大全球性危险，并给医疗保健系统带来了沉重的负担。随着社会发展、人口压力的增加和环境污染的加剧，慢性阻塞性肺病（COPD）、哮喘、肺癌和肺部感染等疾病的发生率和死亡率在国内和国际上都在上升。报告显示，慢性肺病每年造成300多万人死亡，在全球最常见的死因中排名第三。目前，呼吸道疾病治疗的进展缓慢，主要是因为缺乏能够可靠地复制这些疾病的发病和进展的相关人类模型。这种限制阻碍了预防和治疗策略的发现。因此，迫切需要创建新型的体外呼吸微生理系统（MPS）模型。这些模型将更深入地了解肺部感染、疾病进展、宿主反应和细胞修复过程背后的机制，最终有助于推进肺部疾病的新型靶向疗法。 传统的类器官在培养皿中生长，缺乏机械力刺激、细胞间复杂的相互作用以及动态的营养/药物暴露环境。器官芯片则通过微流控技术，在芯片上模拟组织的微环境（如流体剪切力、机械拉伸）、多细胞腔室和血管灌注。结合二者的目标就是将具有特定结构和功能的呼吸系统类器官，整合到能提供生理相关微环境的芯片中，创造一个动态的、仿生的体外模型。 01 呼吸系统类器官的制备 在胚胎发育过程中，呼吸上皮细胞来自内皮层，通过一系列复杂的信号转导事件，以产生多个隔间，包括肺泡、近端和中间气道以及呼吸细支气管。 最古老的细胞培养形式之一是粘附二维培养，该方法将人原代细胞以单层形式培养并完全浸没于生长培养基中。这种2D粘附体系有利于维持未分化的人原代呼吸道上皮表型，因此主要用于该类基底细胞的扩增（图2）。为增强细胞对培养器皿的附着效果，可采用薄层胶原蛋白涂层或较厚的胶原蛋白凝胶作为基质。然而，气液界面培养对培养条件和空气湿度较为敏感，且分化效果在很大程度上受接种细胞数量与质量的影响。此外，在三维培养体系中，也可实现呼吸道上皮细胞的分化，例如通过悬浮培养或将其包埋于细胞外基质中。细胞首先黏附于胶原蛋白凝胶上生长，融合后将凝胶消化，并将完整细胞片转移至旋转悬浮瓶中诱导分化。约15天内，细胞片逐渐卷曲形成球体，其外表面分化为杯状细胞和多纤毛细胞（图2）。该悬浮培养体系的分化速度较气液界面更快，但由于细胞无法解离进行再扩增，其可扩展性受限。此外，悬浮体系中球体的分化存在异步性，且分化程度受球体大小影响，部分研究还指出此类球体可能缺乏基底干细胞，因而丧失自我更新能力。 另一种三维培养方法为近年来发展的类器官培养体系。将解离的人原代呼吸道上皮细胞包埋于细胞外基质中，并在含特定干细胞维持因子（如Noggin、BMP抑制剂或ROCK抑制剂等）的培养基中培养。细胞逐渐自组织形成聚集体，并进一步分化为球状类器官结构，其腔内面为杯状细胞和多纤毛细胞，外层则为基底干细胞（图2）。该类器官因具有基底干细胞而能够长期自我更新，并可通过传代持续扩增超过一年。然而，类器官的三维结构限制了跨上皮电阻等功能指标的检测，其尺寸不均一性也影响了实验的可重复性与高通量分析潜力，因此在应用灵活性上不如气液界面培养体系。 图1 现有的人呼吸上皮扩增和分化培养平台[1] 02 器官芯片的设计与加工 器官芯片通常采用多腔室设计，其中最为常见的是一种“三明治”式结构：顶层为空气腔室，用于通入气体以模拟气道环境；中间为一层由柔性聚合物（如PDMS）制成的多孔膜，膜上常铺有细胞外基质以支持细胞生长与分化；底层则为液体腔室，用于灌注培养基，模拟血管或组织间液的流动。为进一步模拟体内真实的生理环境，该类芯片常集成微型泵以控制培养基的循环，并可搭载机械装置对多孔膜施加周期性拉伸，从而模拟呼吸过程中的肺运动。 图2  呼吸系统的器官芯片[2] 03 整合与培养 将类器官整合至器官芯片是实现仿生肺模型构建的关键步骤，目前主要采用两种策略。其一为“原位生成”法：将干细胞或肺前体细胞直接接种于预铺细胞外基质的多孔膜上，通过在芯片通道内灌注特定分化培养基，诱导细胞在芯片内自组织形成类器官结构。该策略的优点是类器官与芯片结构结合紧密，避免了转移过程中的物理损伤；其主要挑战在于过程较为复杂，分化效率需进一步优化。另一种策略为“移植”法，即先在传统培养皿中生成成熟的类器官，再通过微量移液器等微操作技术将其转移至芯片的多孔膜上。该方法的核心优势在于类器官可在体外预先验证其质量，便于筛选；然而其操作难度较高，且在转移过程中可能对类器官造成机械损伤，影响其结构与功能完整性。 在类器官成功定植于芯片之后，建立气‑液界面是模拟肺部生理功能的核心环节。一旦类器官在膜表面形成完整单层，即移除顶层通道中的培养基，使细胞顶面暴露于空气，而基底面则通过底层通道持续灌注培养基进行营养供给。该界面能有效诱导上皮细胞建立正确极性，进而促进纤毛发生与摆动、粘液分泌，以及肺泡上皮细胞的功能成熟，从而在体外高度模拟人体呼吸道的生理环境。 为提升器官芯片的生理相关性，可在基础模型中引入多种细胞类型以构建更接近体内的复杂微环境。具体而言，可在底层通道内壁共培养血管内皮细胞，形成功能性血管屏障，用于研究免疫细胞迁移及药物递送过程；通过该“血管”通道灌注巨噬细胞、中性粒细胞等免疫细胞，可模拟肺部炎症与免疫反应；同时，引入成纤维细胞等基质细胞有助于研究肺纤维化等病理过程。此外，通过集成机械控制系统对多孔膜施加周期性拉伸以模拟呼吸运动，并精确调控底层培养基流速以产生毛细血管相关的流体剪切力，能够为细胞提供关键的生理相关力学刺激。 04 功能性检测分析 在功能表征方面，芯片可集成微型电极实时监测跨上皮电阻等指标，并兼容活细胞显微成像系统，实现对细胞形态、纤毛运动及钙信号等动态过程的持续观察。实验结束后，可进一步开展终点分析，通过RNA测序、蛋白质印迹等分子生物学方法解析基因与蛋白表达；或将芯片结构进行固定、包埋与切片，结合免疫荧光染色技术明确细胞类型、空间定位及组织结构，从而在多尺度上全面评估模型的结构与功能。 05 应用 器官芯片与呼吸道上皮类器官的结合为呼吸道疾病建模与药物筛选提供了高度仿生的研究平台。在感染性疾病研究中，该类整合系统能够模拟病毒进化及宿主-病原体互作。例如，整合了人源上皮与内皮细胞的气道芯片，成功重现了流感病毒在抗病毒药物压力下出现耐药突变的过程，并观察到与临床一致的M2及神经氨酸酶突变。该系统还可模拟病毒基因重配事件，为抗病毒策略优化及联合用药研究（如纳法莫他特与奥司他韦的协同作用）提供了快速、可靠的评估平台。 在慢性呼吸道疾病研究方面，该类模型能够重现疾病特异性病理特征。以囊性纤维化为例，利用患者来源的呼吸道上皮类器官与芯片结合，可模拟黏液分泌增加、纤毛功能异常及持续炎症等关键表型。感染铜绿假单胞菌后，该模型呈现出细菌清除能力下降和中性粒细胞迁移增强等典型反应，为个体化药物测试及机制解析提供了重要工具。类似地，在肺水肿与放射引起的肺损伤模型中，该系统通过集成机械应变与流体剪切力，再现了肺泡-毛细血管屏障破坏过程，并成功用于血管生成素-1和TRPV4抑制剂等新型疗法的效能验证。 在环境毒理学与药物开发领域，肺芯片与类器官的结合同样表现出显著优势。例如，在纳米塑料毒性研究中，该模型有效模拟了氧化应激、屏障功能受损及免疫细胞激活等一系列反应，并证实纳米颗粒可穿越气血屏障进入循环。此外，在香烟烟雾暴露实验中，共培养系统揭示了上皮-内皮互作可调节氧化应激与炎症的动态响应，为阐释污染物致肺损伤机制及筛选保护性药物提供了更接近人体生理的实验平台。总体而言，呼吸道上皮类器官与芯片技术的融合，极大推动了呼吸道疾病模型从结构仿生向功能仿真的跨越，为精准医学及新药研发提供了强有力的技术支撑。 图3 疾病建模与药物发现【2】 结论 呼吸道疾病作为全球重大健康挑战，其研究进展长期受限于缺乏能够真实模拟人体肺部结构与功能的体外模型。传统二维培养及单纯类器官模型虽各具优势，但均难以再现呼吸道的动态力学微环境与多细胞互作复杂性。通过将呼吸道上皮类器官与器官芯片技术相融合，构建的微生理系统成功突破了这一瓶颈。该整合模型通过“三明治”结构芯片设计，结合气-液界面培养、机械拉伸与流体剪切力调控，实现了对肺微环境的高度仿真。两种类器官整合策略——“原位生成”与“移植”法，为不同研究需求提供了灵活选择。而通过引入血管内皮、免疫细胞等组分，进一步增强了模型的生理与病理相关性。在应用层面，这一平台已展现出巨大价值：在感染模型中成功模拟病毒进化与耐药突变；在囊性纤维化、肺水肿等慢性疾病研究中重现关键病理特征；在环境毒理学中揭示了纳米颗粒与香烟烟雾的致病机制。这些成果不仅深化了对疾病机制的理解，也为药物筛选与个性化治疗提供了更可靠、更符合伦理的替代方案。展望未来，呼吸道上皮类器官与芯片技术的深度融合，标志着呼吸道疾病研究范式从静态培养到动态仿真的重大转变。尽管在标准化与规模化方面仍面临挑战，这一技术平台无疑将为呼吸系统疾病的机制解析、新药研发和精准医疗注入全新动力，最终推动呼吸道疾病防治策略的创新发展。 参考文献 [1] Bukowy-Bieryłło, Z. Long-term differentiating primary human airway epithelial cell cultures: how far are we?. Cell Commun Signal 19, 63 (2021). https://doi.org/10.1186/s12964-021-00740-z [2] Yin, J., Bi, Z., Dai, T. et al. Respiratory microphysiological system in respiratory research: recent advances and future prospects. Respir Res 26, 253 (2025). https://doi.org/10.1186/s12931-025-03327-1 END 逸芯生命科学创新研发系列产品 点击下方图片，跳转了解更多 联系我们 陈   博  18011977236 (微信同号) 李经理  15796660129 (微信同号) 更多产品惊喜等你解锁！ @ 逸芯相关文章推荐 逸芯生命科学皮肤器官芯片助力评估纳米药物治疗银屑病 《Materials Today Bio》| 器官芯片技术突破：多伦多大学团队开发真皮纤维化模型实现抗瘢痕药物高通量筛选 《Nat. Biomed. Eng》| 具备免疫能力的血管化肺芯片可模拟人重症流感感染反应 扫码关注我们    了解更多前沿资讯 咨询热线：0755-29870720 投稿邮箱：luotingfang@eacinbio.com 关于我们 深圳逸芯生命科学有限公司是一家聚焦体外工程化器官芯片微生理系统的高科技公司，公司核心技术源自美国耶鲁大学、中山大学，作为中国领先的器官芯片高科技公司，依托自主研发的全流程、标准化器官芯片平台，引领着精准医学与药物研发的新方向，致力研发用于疾病机制探索和创新药物开发的器官芯片产品，已研发出数十款国际领先的创新产品，如类器官培养基、基质材料、多功能器官芯片生理及病理模型和高通量微球制备系统等，为疾病模型构建与新药开发提供了革命性工具。公司荣获2023粤港澳大湾区生物科技创新50强企业，2024亚太区CGT行业之星-最具投资价值类器官企业，2024年广东省首批科技型中小企业，2025年深圳市光明区合成生物企业。