腦膠質瘤是中樞神經系統最具侵襲性的惡性腫瘤之一，其生長速度快、浸潤能力強、復發率高，一直是神經腫瘤研究領域最具挑戰性的疾病。近年來，人們逐漸認識到，決定腫瘤惡性程度的不僅是癌細胞本身，還包括腫瘤周圍復雜的微環境。血管內皮細胞、成纖維細胞、細胞外基質以及多種信號分子共同構成了腫瘤賴以生存和擴散的“生態系統”，其中血管相關微環境更是促進膠質瘤侵襲、血管生成和耐藥的重要因素。因此，如何在體外真實重建這一復雜微環境，成為腫瘤基礎研究和抗癌藥物開發的重要課題。傳統二維細胞培養雖然操作簡單、成本較低，但無法模擬腫瘤組織真實的三維結構和細胞間相互作用。近年興起的腫瘤球（Tumor Spheroid）培養技術雖然提高了模型的生理相關性，但多數模型仍缺乏血管系統和基質細胞，難以再現腫瘤微環境中不同細胞群體之間的動態交流。與此同時，Transwell 等經典共培養體系只能實現有限的旁分泌研究，無法維持連續的三維基質，也難以觀察細胞募集、遷移等動態過程。因此，開發兼具空間可控性、生理相關性和實時觀察能力的新型體外模型，已成為腫瘤芯片（Tumor-on-a-Chip）發展的重要方向。據麥姆斯咨詢介紹，近日，東南大學研究團隊開發了一種分區式血管仿生膠質瘤球芯片（glioma spheroid-on-a-chip）。該平臺利用微流控技術，將膠質瘤球、血管內皮細胞和基質細胞整合到同一芯片中，在空間上模擬腦腫瘤周圍血管微環境，為研究腫瘤-血管-基質細胞之間的相互作用提供了更加真實、穩定且可重復的實驗模型。相關研究成果已經以“Compartmentalized vascular-mimetic glioma spheroid-on-a-chip for modeling endothelial–stromal cell recruitment”為題發表于近期的Lab on a Chip期刊。研究團隊設計的芯片采用三通道結構，中間為三維水凝膠培養區域，用于包埋預先形成的膠質瘤球；兩側分別設置培養液通道，用于培養人臍靜脈內皮細胞（HUVEC）和正常人皮膚成纖維細胞（NHDF）。在中央水凝膠與兩側培養液之間，研究人員設計了L形屏障結構，不僅能夠有效限制水凝膠的位置，還顯著提高了凝膠界面的穩定性，使不同功能區域保持良好的空間分隔，為長期共培養提供可靠保障。為了驗證芯片設計，研究人員首先開展了流體仿真分析和染料灌流實驗。結果顯示，優化后的L形屏障能夠有效防止水凝膠泄漏，保證培養區域結構穩定，并形成清晰的功能分區。穩定的三維培養環境不僅提高了實驗重復性，也為長期細胞培養和實時顯微成像奠定了基礎。在此基礎上，研究團隊進一步構建了血管相關微環境。培養結果顯示，人臍靜脈內皮細胞能夠在芯片內逐漸形成具有血管樣特征的網絡結構，并向水凝膠區域延伸，與膠質瘤球形成緊密聯系。當內皮細胞與成纖維細胞共同培養時，血管樣結構更加完整，細胞遷移和組織重塑能力明顯增強。這說明基質細胞能夠通過分泌多種細胞因子，為血管形成提供支持，從而更加真實地模擬體內腫瘤微環境。更重要的是，芯片成功再現了膠質瘤誘導血管募集的關鍵生物學現象。實驗發現，在血管內皮細胞和成纖維細胞共同作用下，U87和U251兩種經典膠質瘤細胞形成的腫瘤球均表現出更快的生長速度。其中，U87腫瘤球直徑增加約26%，U251腫瘤球增加約21%，同時腫瘤球周圍出現更加明顯的內皮細胞聚集現象，表明膠質瘤能夠主動招募周圍血管相關細胞，促進自身生長和侵襲。為了進一步驗證這一現象，研究人員還采用Transwell實驗進行了對照研究。結果證實，膠質瘤細胞與成纖維細胞共同存在時，可顯著促進內皮細胞形成血管樣組織結構，與芯片實驗結果保持一致。這不僅證明了微流控平臺能夠真實反映細胞間相互作用，也驗證了其在研究腫瘤微環境方面具有良好的可靠性和生物學相關性。總結而言，相比傳統二維培養體系，該微流控芯片最大的優勢在于能夠同時實現三維培養、空間分區以及多細胞協同培養。不僅能夠精準控制不同細胞的位置和培養條件，還可實時觀察內皮細胞遷移、血管形成以及腫瘤球生長等動態過程，為揭示腫瘤發生發展的關鍵機制提供了新的研究工具。同時，平臺結構相對簡單、操作方便，具有較好的重復性和可擴展性，可進一步集成更多類型的細胞或生物傳感模塊，構建更加復雜的腫瘤微環境模型。該研究所開發的血管仿生膠質瘤球芯片，為研究膠質瘤與血管相關基質細胞之間的相互作用提供了新的實驗平臺，也為抗腫瘤藥物篩選、腫瘤血管生成機制研究以及個體化精準醫療提供了新的技術路徑。https://doi.org/10.1039/d6lc00425c《微流控技術及市場-2024版》
《基于微流控的冷卻散熱技術專利態勢分析-2026版》
