利用器官芯片研究中性粒細胞與內(nèi)皮細胞的相互作用

為了檢查人類中性粒細胞與內(nèi)皮細胞的相互作用，開發(fā)了一種新的器官芯片試驗。這種微流控實驗在3D生理相關(guān)的體外系統(tǒng)中，通過在芯片上復(fù)制血管網(wǎng)絡(luò)，可以評估整個中性粒細胞的整個粘附級聯(lián)過程，包括循環(huán)、滾動、粘附和遷移。

1、用器官芯片研究中性粒細胞粘附和遷移
如圖1所示，器官芯片由一個3D血管室組成，其中播種了內(nèi)皮細胞，可以填充化學(xué)引誘劑(例如fMLP)；這兩個隔室由3µm的多孔結(jié)構(gòu)連接，這是中性粒細胞遷移的最佳尺寸。根據(jù)方案，在器官芯片中培養(yǎng)人肺微血管內(nèi)皮細胞（HLMVEC）。在注射中性粒細胞之前，用緩沖液或細胞混合液（TNF-a (10 ng/mL) + IL-1β(5 ng/mL)+ IFN-γ(50 ng/mL）對器官芯片進行4小時處理，以模擬炎癥情況。在細胞實驗中，將fMLP (1 mM)作為化學(xué)引誘劑加入組織室。
中性粒細胞使用CFDA SE探針進行熒光標記，并用緩沖液或細胞液處理15分鐘后以1ml /min的流速注射到血管通道中。如果中性粒細胞在30秒內(nèi)不移動，則認為它們是粘附的。在60分鐘內(nèi)測定不同剪切速率和血管分叉處的中性粒細胞粘附，并通過掃描整個網(wǎng)絡(luò)獲得中性粒細胞粘附圖。測定了在不同剪切速率下粘附的中性粒細胞的數(shù)量，并繪制了剪切速率與粘附的中性粒細胞數(shù)量的關(guān)系。中性粒細胞向組織腔室的遷移是通過量化中性粒細胞遷移的數(shù)量來確定的。通過掃描組織隔室，每隔5分鐘延時成像60分鐘。
  (A)圖中顯示了血管通道網(wǎng)絡(luò)和插入油管的進出口。
(B)亮場圖像顯示了器官芯片的血管通道和組織隔室。維管通道和組織腔室通過3µm的孔連接。
(C) HLMVEC生長融合，覆蓋血管通道。
(D)血管網(wǎng)絡(luò)中流動條件的空間變化和分叉處顯示了器官芯片網(wǎng)絡(luò)中不同血管的剪切速率。藍色表示低剪切速率，紅色表示高剪切速率。剪切流和血管幾何形狀對中性粒細胞粘附和遷移的影響可以在該系統(tǒng)中確定。

2、功能性中性粒細胞表型與不同的蛋白質(zhì)組學(xué)特征相關(guān)
為了確定表型中中性粒細胞功能的顯著差異是否與蛋白質(zhì)表達的改變有關(guān)。在沒有外源刺激的情況下，對新分離的中性粒細胞進行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，中性粒細胞蛋白質(zhì)組學(xué)分析分離的中性粒細胞懸浮在HBSS (2×10⁶個細胞/ml)中，離心，細胞顆粒在-70°C保存，然后進行無標記的整體蛋白質(zhì)組學(xué)分析。
利用蛋白質(zhì)組學(xué)來表征這些中性粒細胞功能表型，并確定與功能性中性粒細胞表型相關(guān)的不同蛋白質(zhì)組學(xué)特征。采用器官芯片和蛋白質(zhì)組學(xué)的協(xié)同組合來鑒定功能性中性粒細胞表型，這些表型是與疾病嚴重程度相關(guān)的重要臨床參數(shù)。

3、展望
用器官芯片集成了整個白細胞粘附級聯(lián)的微流控分析，能夠評估中性粒細胞功能表型在中性粒細胞-內(nèi)皮細胞相互作用和中性粒細胞運輸中的作用，以確定在生理相關(guān)的離體系統(tǒng)中，異質(zhì)中性粒細胞亞群如何差異地影響血管屏障破壞和中性粒細胞遷移。
 
參考文獻：
Qingliang Yang,Jordan C. Langston,Roman Prosniak, et al. Distinct functional neutrophil phenotypes in sepsis patients correlate with disease severity. Frontiers in Immunology. 2024;15 (0):0-0. doi:10.3389/fimmu.2024.1341752
 

Quasi Vivo®器官芯片微生理系統(tǒng)
1、設(shè)備功能用途
 又稱為微流體“芯片上器官”系統(tǒng)，具有相互連接的細胞培養(yǎng)單元，為類器官生長提供更具生理相關(guān)性的體內(nèi)微環(huán)境。通過提供一種近生理的體外模型，模擬細胞微環(huán)境，具有更完整的結(jié)構(gòu)和功能，解決動物與人類之間的種屬差異，且可在體外模擬多種器官特異性疾病狀態(tài)，反映藥物在體內(nèi)的動態(tài)變化規(guī)律和人體器官對藥物刺激的真實響應(yīng)，捕捉復(fù)雜的生理學(xué)反應(yīng)，并滿足高通量的要求。它是一個多室流動系統(tǒng)，為類器官培養(yǎng)提供了一個緊湊、易于使用的解決方案，包括2D、3D、屏障，或多器官。在疾病模型，藥物篩選和毒性測試，再生醫(yī)學(xué)和組織工程，發(fā)育生物學(xué)研究，感染與免疫研究，個性化醫(yī)學(xué)，癌癥研究等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。  
2、性能特點
Quasi Vivo® 作為一種先進的器官芯片系統(tǒng)，專門設(shè)計用于解決學(xué)術(shù)和工業(yè)研究人員在開展體外和體內(nèi)研究時遇到的主要問題，具有下列性能優(yōu)勢：
功能延展性強
可選擇氣液界面、液液界面、支架和流動方案的多樣化培養(yǎng)方式；
允許獨立、可控的空氣、氣體或液體層流流向頂端和基底外側(cè)；
滿足多器官共培養(yǎng)，細胞間的信號傳遞等實驗要求。
成像友好
配備了光學(xué)窗口在頂部和底部表面，理想的實時高分辨率成像。
易于獲取樣本
直接收集樣本和獲取組織或液體樣本。
模擬生物力學(xué)和濃度梯度
用于研究多種生理過程，如細胞遷移、分化、免疫反應(yīng)以及癌癥的轉(zhuǎn)移等。
便攜和易于操作
緊湊型模塊化腔室結(jié)構(gòu)，具有更高人體生理相關(guān)性；
占地面積小，節(jié)省空間，可兼容標準實驗室的孵化器。


3、品牌制造商簡介
Kirkstall Ltd.成立于2006年，是Braveheart Investment Group plc 的子公司，總部位于英國約克。Kirkstall開發(fā)了一種創(chuàng)新的微生理系統(tǒng)的器官芯片模型Quasi Vivo®。作為器官芯片技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，Kirkstall已經(jīng)建立了牛津大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程研究所等著名的大學(xué)實驗室的龐大用戶群，產(chǎn)品在全球范圍內(nèi)享有盛譽。
 
北京基爾比生物科技有限公司是Kirkstall ltd.授權(quán)在中國的唯一和獨家總代理商，全面負責Kirkstall公司旗下所有產(chǎn)品在中國的銷售，市場推廣和技術(shù)支持等事宜。