基于微流控芯片技术的多重诱导神经芯片模型

神经系统发育是一个高度动态和极其复杂的过程。动物生命有机体需要产生足够数量的神经元，并引导这些微环境敏感的神经元完成轴突延伸、树突分支和突触形成，实现高度精确和特异性的神经连接，进而实现有机体各生理功能的相互协调。神经轴突导向在这一过程中则起到了至关重要的作用。轴突前端的生长锥，通过探测和识别胞外环境中的不同信号（吸引和排斥），并将信号转化为化学趋向性反应，实现精确轴突导向。建立体外仿生的组织细胞外微环境，探索和理解这些错综复杂的神经发育过程（例如：吸引和排斥信号整合引导轴突延伸）对神经科学、发育生物学及临床医学都具有极大的科学研究与应用价值。然而，目前国内外学者研究主要集中于单因素诱导的神经发育，对于多诱导因素参与的神经系统发育微环境体外构建及其技术与方法，还有待进一步解决。

中南大学基础医学院生物医学工程系刘文明课题组和西北农林科技大学化学与药学院王进义课题组针对这一问题，采用微流控芯片技术，并通过在特定微管道内引入水凝胶材料，成功实现了不同生化分子在不同方向浓度梯度发生的微尺度、时间与空间控制，验证了多向水凝胶屏障可满足芯片内快捷、稳定、长时间的单一线性和双辐射化学浓度梯度的无剪切力发生；进一步，基于微流控精确流体操作，完成了芯片内的鼠原代皮质神经元培养，并使其保持高活性、代表性神经元表型和神经突起生长及延伸；重要的是，通过实验研究证实了该芯片模型可用于神经导向吸引与排斥因子梯度共存微环境下的轴突导向研究。该研究建立的微流控多梯度芯片为探究神经发生、发展及再生提供了一很好的微尺度操作与分析原型平台。研究者认为，这一方法学进展有助于优化设计和仿生构建可时空控制的多重浓度梯度组织微环境系统，在神经生物学、肿瘤学、炎症、及精准医疗等领域均具有重要的应用研究潜力。