通过微流控技术重建皮肤芯片进行测试

微流控技术能够满足药物和化妆品开发对动物实验替代品日益增长的需求。据麦姆斯咨询报道，一支由新加坡科技研究局（A*STAR）下属的制造技术研究院（Singapore Institute of Manufacturing Technology）的Zhiping Wang和医疗生物研究所（Institute of Medical Biology）的Paul Bigliardi带领的多学科团队，已经制作出一款信用卡大小的可扩展器件，能够同时促进皮肤细胞的培养和测试。

这类动物测试的最先进替代品依赖于皮肤的重建。然而，这些三维组织模型通常由容易收缩的胶原蛋白基质上的静态细胞培养生成。论文主要作者之一Gopu Sriram解释道，“做渗透测试期间，当胶原蛋白收缩时，我们无法确定处于观察阶段的化合物会透过皮肤还是透过装置和皮肤之间的间隙。”为了解决上述问题，研究人员发明了一种方法，利用纤维蛋白在基质上培养皮肤细胞，以防止皮肤收缩。皮肤细胞可以直接在进行测试的微流控装置中生长，无需进一步操作或转移。

在微流控装置中培养的皮肤展现出了表皮成熟度的增强，即皮肤的顶部保护层。与标准皮肤等效物相比，表皮的厚度会增加将近两倍。另一位主要作者Yuri Dancik表示，“与常规系统相比，增强的表皮与较低的化学渗透性相关。”Wang补充道，“与传统皮肤重建相比，就皮肤的屏障功能而言，皮肤芯片平台能够提供更好的皮肤形态和性能。”皮肤芯片也能使用市售的皮肤等效物或天然皮肤促进下游检测。

根据另一位主要作者Massimo Alberti的观点，上述改进均源于对微流控装置的使用。在静态条件下，营养素和培养基被动地通过皮肤扩散。相比之下，在微流控芯片中，连续的流体流动产生压力，推动培养基通过基质，并且可以充当“细胞和细胞外基质的应激物，也可以激活一些机械触发的信号通路，”他说。这种刺激作用也会促进优质基底膜的形成，Sriram指出，一个“类似维可牢样（Velcro-like）的蛋白质层将表皮固定在称为真皮的结缔组织上。”

除了将他们的系统自动化，研究人员也正在改进模型以更好地模仿自然的人体皮肤。Alberti表示，“研究人员计划通过添加免疫细胞，增加皮肤屏障功能来增加模型的复杂性。他们还通过模拟血流动力学，实施额外的微环境控制来优化微流控装置以改进系统状态，使其更接近于人体皮肤。”