很高興與大家分享Cedars-Sinai醫(yī)學(xué)中心Clive N.Svendsen教授團(tuán)隊(duì)在<International Journal of Molecular Sciences>上發(fā)表的一篇論文。該論文基于Emulate器官芯片技術(shù)重建腦芯片，發(fā)現(xiàn)在生物力學(xué)刺激下，腦芯片上培養(yǎng)的多巴胺能神經(jīng)元的比例更高、更均勻，成熟標(biāo)志物的水平也更高。它是研究成熟多巴胺能神經(jīng)元的理想平臺(tái)，可以更好地了解它們?cè)诮】岛蜕窠?jīng)系統(tǒng)疾病中的生物學(xué)特征。

背景簡(jiǎn)介：

人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）為更好地理解人類生物學(xué)提供了一個(gè)強(qiáng)大的平臺(tái)，來(lái)自患者的iPSCs也可用于忠實(shí)的疾病建模。然而，傳統(tǒng)的二維培養(yǎng)模型缺乏體內(nèi)三維多細(xì)胞復(fù)雜性。為了使多能干細(xì)胞產(chǎn)生與健康和疾病中發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞相似的成熟細(xì)胞表型，可能需要使用三維系統(tǒng)，如類器官和微流控器官芯片平臺(tái)。

生物相容性材料和微工程技術(shù)的結(jié)合使微流體器官芯片的發(fā)展成為可能。器官芯片的設(shè)計(jì)目的是在一個(gè)完全集成的系統(tǒng)中生長(zhǎng)多種器官特異性細(xì)胞類型。不同類型的細(xì)胞通常在由含有微通道的多孔膜連接的兩個(gè)獨(dú)立隔室中培養(yǎng)。由于人體不是一個(gè)靜態(tài)系統(tǒng)，而是由流動(dòng)的血管灌注的，因此器官芯片比二維培養(yǎng)具有更多優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S液體在細(xì)胞之間流動(dòng)。

多巴胺能神經(jīng)元在自主運(yùn)動(dòng)和各種行為過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，如情緒、獎(jiǎng)勵(lì)和成癮。此外，多巴胺的變化也是各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的基礎(chǔ)，如注意力缺陷障礙、精神分裂癥和帕金森病（PD）。盡管人類多巴胺能神經(jīng)元已在二維平臺(tái)上廣泛培養(yǎng)，但這些神經(jīng)元可能還不夠成熟，無(wú)法忠實(shí)地再現(xiàn)健康和患病狀態(tài)。在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們將人類iPSC分化為多巴胺能神經(jīng)元，并將傳統(tǒng)的二維培養(yǎng)系統(tǒng)與Emulate器官芯片系統(tǒng)進(jìn)行了比較�；�于免疫熒光和單核RNA測(cè)序（snRNA-seq），科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，Emulate器官芯片平臺(tái)可以提高培養(yǎng)中多巴胺能神經(jīng)元的成熟度和均勻性。人類iPSC衍生的多巴胺能神經(jīng)元器官芯片的開發(fā)可以為該領(lǐng)域提供成熟的多巴胺能神經(jīng)細(xì)胞，從而更好地了解它們?cè)诮】岛图膊≈械纳�物學(xué)特性。

1、星形膠質(zhì)細(xì)胞可提高多巴胺能神經(jīng)元的存活率 

為了確定多巴胺能神經(jīng)元在傳統(tǒng)二維Transwell模型或器官芯片培養(yǎng)物中的存活情況，科學(xué)家將人類iPSC分化為多巴胺能神經(jīng)元祖細(xì)胞15天，然后收集并低溫儲(chǔ)存，直到隨后解凍并接種到傳統(tǒng)二維Transwell模型的玻璃蓋玻片或Emulate器官芯片的頂部通道上。細(xì)胞儲(chǔ)存在成熟的神經(jīng)元培養(yǎng)基中。傳統(tǒng)的二維Transwell模型培養(yǎng)基每?jī)商旄鼡Q一次，而器官芯片培養(yǎng)基以20µL/h的恒定速率運(yùn)行。第28天，將樣品固定用于免疫細(xì)胞化學(xué)分析或snRNA-seq分析（圖1A）。

圖1. 人類 iPSCs 可分化為多巴胺能神經(jīng)元

在傳統(tǒng)的二維Transwell模型和器官芯片中，活細(xì)胞的相位圖像顯示了許多團(tuán)塊。免疫熒光顯示酪氨酸羥化酶（TH）陽(yáng)性多巴胺能神經(jīng)元的分布不均勻（圖1B，C）。眾所周知，星形膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)元的成熟和穩(wěn)定性中起著重要作用，因此科學(xué)家將多巴胺能神經(jīng)元祖細(xì)胞與從中腦分離的商用原代人類星形膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)。TH和神經(jīng)元標(biāo)記物MAP2ab的個(gè)體TH免疫組織化學(xué)分析和共染色表明，與星形膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)的多巴胺能神經(jīng)元在整個(gè)二維孔培養(yǎng)和器官芯片中分布更均勻，纖維生長(zhǎng)增加（圖1B、C、D）。定量分析顯示，與不含星形膠質(zhì)細(xì)胞的共培養(yǎng)相比，與星形膠質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)的TH陽(yáng)性細(xì)胞總數(shù)顯著增加，并呈上升趨勢(shì)。為了量化培養(yǎng)物隨時(shí)間的健康狀況，進(jìn)行了乳酸脫氫酶（LDH）檢測(cè)，結(jié)果表明，與早期時(shí)間點(diǎn)相比，傳統(tǒng)的二維Transwell模型在第28天的細(xì)胞死亡比Emulate器官芯片培養(yǎng)顯著增加（圖1G）。 

令人驚訝的是，盡管在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)接種了星形膠質(zhì)細(xì)胞，但在第28天只觀察到極少數(shù)膠質(zhì)纖維酸性蛋白（GFAP）陽(yáng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞。科學(xué)家推測(cè)，星形膠質(zhì)細(xì)胞未能存活是由于使用了含有有絲分裂抑制劑DAPT和缺乏血清的神經(jīng)元成熟培養(yǎng)基。為了進(jìn)一步研究這個(gè)問題，科學(xué)家們?cè)趯ｉT針對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞的二維Transwell培養(yǎng)基或成熟神經(jīng)元培養(yǎng)基中培養(yǎng)原代星形膠質(zhì)細(xì)胞，并將其維持28天。在星形膠質(zhì)細(xì)胞培養(yǎng)基中，GFAP陽(yáng)性的星形膠質(zhì)細(xì)胞存活，而在神經(jīng)元培養(yǎng)基中雖然也有一些GFAP陰性和DAPI染色的細(xì)胞，但存活率大大降低。為了評(píng)估星形膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度死亡的情況，將星形膠質(zhì)細(xì)胞分別儲(chǔ)存在神經(jīng)元培養(yǎng)基中并進(jìn)行LDH檢測(cè)。結(jié)果顯示，28天后星形膠質(zhì)細(xì)胞死亡顯著增加。由于神經(jīng)元培養(yǎng)基中原代星形膠質(zhì)細(xì)胞明顯逐漸死亡，剩余的GFAP陰性細(xì)胞可能反映了其他類型的細(xì)胞，因?yàn)槭忻嫔峡色@得的星形膠質(zhì)細(xì)胞尚未進(jìn)行純度分類。然而，鑒于共培養(yǎng)中星形膠質(zhì)細(xì)胞的比例已經(jīng)稀釋，預(yù)計(jì)這種細(xì)胞亞群的數(shù)量不會(huì)太多。

2、與傳統(tǒng)Transwell模型相比，Emulate器官芯片培養(yǎng)的多巴胺能神經(jīng)元更佳

為了進(jìn)一步表征和量化傳統(tǒng)Transwell模型和器官芯片中的多巴胺能神經(jīng)元，科學(xué)家們用星形膠質(zhì)細(xì)胞生成了一組用于snRNA-seq的多巴胺能神經(jīng)細(xì)胞培養(yǎng)物。經(jīng)過(guò)質(zhì)量過(guò)濾后，科學(xué)家分析了所有培養(yǎng)物中的5538個(gè)細(xì)胞核（傳統(tǒng)Transwell模型中為3548個(gè)，器官芯片培養(yǎng)物中為1990個(gè)），平均每個(gè)細(xì)胞核檢測(cè)到11156個(gè)讀數(shù)和4227個(gè)基因。共鑒定出六個(gè)不同的基因簇（圖2A）。正如預(yù)期的那樣，在分化培養(yǎng)中幾乎檢測(cè)不到多能標(biāo)記物（POU5F1、NANOG和KLF4）的表達(dá)（圖2B）。在細(xì)胞簇2中發(fā)現(xiàn)了一些基于增殖標(biāo)記MKI67、TOP2A和CENPF的分裂細(xì)胞（圖2B）。僅檢測(cè)到少量表達(dá)AQP4、S100B或GFAP的細(xì)胞（圖2B），這證實(shí)了GFAP染色的缺失，并進(jìn)一步表明星形膠質(zhì)細(xì)胞可能無(wú)法在器官芯片中存活到終點(diǎn)。最后，為了進(jìn)一步分析細(xì)胞身份，根據(jù)特定細(xì)胞類型標(biāo)記的表達(dá)將細(xì)胞簇分為祖細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞身份（圖2C）。多巴胺能祖細(xì)胞標(biāo)志物SOX6、HES1和NFIA的表達(dá)鑒定了三個(gè)祖細(xì)胞群，而神經(jīng)元成熟標(biāo)志物RBFOX3、MAPT和SNAP25的表達(dá)鑒定出三個(gè)神經(jīng)元群。

圖2. 不同簇間多巴胺能神經(jīng)元的不同亞型

為了分別評(píng)估傳統(tǒng)Transwell模型和器官芯片中的神經(jīng)元數(shù)量（圖2D左），使用計(jì)算出的細(xì)胞總數(shù)中每個(gè)細(xì)胞群中的細(xì)胞數(shù)量來(lái)量化每個(gè)細(xì)胞群的比例（圖2D右）。結(jié)果表明，器官芯片具有獨(dú)特的祖細(xì)胞和神經(jīng)元群。盡管細(xì)胞簇1和3的比例存在一些差異，但二維孔和器官芯片祖細(xì)胞之間的主要差異出現(xiàn)在細(xì)胞簇2中（二維孔0.5%，器官芯片30%），該細(xì)胞簇顯示了底物標(biāo)記CORIN1、LMX1A和FOXA2的最大組合。這表明器官芯片環(huán)境正在推動(dòng)細(xì)胞走向多巴胺能命運(yùn)發(fā)展。小鼠胚胎的單細(xì)胞RNA-seq分析表明，兩組多巴胺能祖細(xì)胞表達(dá)相同的標(biāo)記物（LMX1A/B、OTX2、NR4A2），其中一個(gè)群體產(chǎn)生多巴胺能神經(jīng)元，另一個(gè)群體產(chǎn)生眼下核（STN）的谷氨酸能神經(jīng)元。因此，科學(xué)家們?cè)u(píng)估了STN標(biāo)記物（BARLH1、DBX1、WNT8B和PITX2）的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)與多巴胺能標(biāo)記物相比，在傳統(tǒng)的Transwell模型或器官芯片培養(yǎng)中幾乎檢測(cè)不到轉(zhuǎn)錄水平。由于這些培養(yǎng)物中顯示了多巴胺能祖細(xì)胞的表達(dá)標(biāo)記，科學(xué)家隨后量化了TH的表達(dá)（顏色強(qiáng)度）和每個(gè)細(xì)胞群中表達(dá)TH的細(xì)胞百分比（圖2E）。結(jié)果顯示，第5組約30%的細(xì)胞表達(dá)TH，第6組約20%的細(xì)胞表達(dá)TH。綜上所述，這些數(shù)據(jù)表明，盡管二維孔培養(yǎng)中的神經(jīng)元總數(shù)較多，但器官芯片中表達(dá)TH的神經(jīng)元比例最高。然后，科學(xué)家們?cè)u(píng)估了不同培養(yǎng)物中細(xì)胞的總體表達(dá)（圖3A）。由于傳統(tǒng)孔平臺(tái)產(chǎn)生了大量的神經(jīng)元，但表達(dá)TH的神經(jīng)元比例很小，科學(xué)家們希望研究這些神經(jīng)元的特性。因此，科學(xué)家們?cè)u(píng)估了神經(jīng)元標(biāo)志物的基因表達(dá)水平，如膽堿能乙酰轉(zhuǎn)移酶（CHAT，膽堿能神經(jīng)元）、生長(zhǎng)抑素（SST，抑制性神經(jīng)元）、谷氨酸脫羧酶（GAD1，抑制性神經(jīng)細(xì)胞）、TPH1和TPH2（5-羥色胺能神經(jīng)元）以及SLC17A7和SLC17A8（谷氨酸能神經(jīng)元）。抑制性神經(jīng)元、5-羥色胺能神經(jīng)元和谷氨酸能神經(jīng)元的基因在傳統(tǒng)的Transwell模型和器官芯片培養(yǎng)物中分布在各種簇中，而CHAT和SST在二維孔系統(tǒng)的群組6中高度富集（圖3B）。總之，這些發(fā)現(xiàn)表明，盡管傳統(tǒng)孔培養(yǎng)中神經(jīng)元細(xì)胞的總體水平很高，但它們的特異性很低，其中大多數(shù)似乎是膽堿能細(xì)胞而不是多巴胺能細(xì)胞。

圖3. 器官芯片與二維孔培養(yǎng)相比，多巴胺能神經(jīng)元的比例和均勻性更高

進(jìn)一步評(píng)估5組和6組之間的成熟標(biāo)志物顯示，與第5組（富集于器官芯片上）相比，第6組（富集于二維孔）神經(jīng)祖細(xì)胞標(biāo)記物Nestin（NES）和未成熟神經(jīng)元標(biāo)記物Doublecortin（DCX）的表達(dá)水平更高（圖3C）。相比之下，第5組神經(jīng)元成熟標(biāo)志物DLG4、MAP2和RBFOX3的基因表達(dá)增加，而SYP在培養(yǎng)間保持穩(wěn)定。比較TH陽(yáng)性神經(jīng)元總數(shù)的比例，發(fā)現(xiàn)器官芯片中TH陽(yáng)性神經(jīng)元的比例（12%）是二維孔系統(tǒng)中TH陽(yáng)性神經(jīng)元的比例（6%）的兩倍（圖3D）。科學(xué)家們接下來(lái)評(píng)估了TH與主要多巴胺能標(biāo)記物的共同表達(dá)。雖然表達(dá)鉀內(nèi)向整流通道J亞家族成員6（KCNJ6）的TH陽(yáng)性神經(jīng)元比例在二維孔和器官芯片培養(yǎng)中相似（二維孔46.5% VS 器官芯片53.8%），但在器官芯片培養(yǎng)中表達(dá)SOX6的TH陽(yáng)性細(xì)胞更多（二維孔13.4% VS 器官芯片40.75%），LMO3（二維 孔18.5% VS 器官芯片37.4%）和 NR4A2（二維孔9.91% VS 器官芯片26.9%）。這表明與傳統(tǒng)的孔培養(yǎng)相比，器官芯片中的多巴胺能神經(jīng)元中幾種典型的A9多巴胺能標(biāo)記物的表達(dá)升高（圖3E）。最后，利用火山圖分析評(píng)估5組和6組與所有細(xì)胞相比差異表達(dá)的標(biāo)記物。群組6主要代表來(lái)自傳統(tǒng)Transwell模型的細(xì)胞，包括非TH特異性神經(jīng)元基因，如ISL1和NEFM（圖3F），顯著升高的基因支持傳統(tǒng)Transwell模型中TH神經(jīng)元共表達(dá)基因的研究結(jié)果。群組5（主要代表來(lái)自器官芯片的細(xì)胞）的群體標(biāo)記包括TH相關(guān)的發(fā)育基因，如LMX1A或轉(zhuǎn)錄因子TMEFF2, TMEFF2此前已被確定為中腦神經(jīng)元存活因子（圖3G）。這些綜合結(jié)果表明，器官芯片產(chǎn)生的多巴胺能神經(jīng)元比例更高、更均勻。

3、討論

人類多能干細(xì)胞可以分化成人體內(nèi)的任何組織，但為了準(zhǔn)確研究健康和疾病中的細(xì)胞生物學(xué)，需要成熟的細(xì)胞表型。雖然iPSC衍生的二維培養(yǎng)長(zhǎng)期以來(lái)一直被使用，但這種平臺(tái)往往缺乏相關(guān)的多細(xì)胞復(fù)雜性和忠實(shí)的細(xì)胞成熟。相比之下，3D細(xì)胞培養(yǎng)模型能夠更好地重現(xiàn)微環(huán)境，并提供優(yōu)化的細(xì)胞成熟。鑒于多巴胺能神經(jīng)元在成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)中起著許多關(guān)鍵作用，并且多巴胺的變化是各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的基礎(chǔ)，開發(fā)成熟多巴胺能神經(jīng)元的體外培養(yǎng)系統(tǒng)可能有助于更好地了解它們?cè)诮】岛图膊≈械淖饔谩?/span>

這項(xiàng)研究將科學(xué)家發(fā)表的在二維孔平臺(tái)上生成多巴胺能神經(jīng)元的方案與器官芯片系統(tǒng)進(jìn)行了比較。現(xiàn)在科學(xué)家們已經(jīng)證明，與傳統(tǒng)的二維孔培養(yǎng)相比，新型多巴胺能神經(jīng)元器官芯片能提供更成熟、更均勻的多巴胺能神經(jīng)元群。通過(guò)與人類星形膠質(zhì)細(xì)胞的初始共培養(yǎng)，克服了神經(jīng)元存活率降低的問題，這種方法也被其他人用于長(zhǎng)期培養(yǎng)iPSC衍生的多巴胺能神經(jīng)元。傳統(tǒng)的二維孔培養(yǎng)需要常規(guī)更換培養(yǎng)基，與之不同的是，Emulate的器官芯片系統(tǒng)配備了一個(gè)自動(dòng)化的設(shè)備系統(tǒng)，可以不斷為細(xì)胞提供新鮮的培養(yǎng)物。科學(xué)家們認(rèn)為，器官芯片平臺(tái)通過(guò)持續(xù)流動(dòng)的培養(yǎng)基來(lái)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并去除代謝廢物，而不是通過(guò)二維孔培養(yǎng)系統(tǒng)間歇性地提供新鮮培養(yǎng)基來(lái)交換消耗的培養(yǎng)基，這可能是改善細(xì)胞整體健康狀況和產(chǎn)生更成熟神經(jīng)元的潛在因素。重要的是，這個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)最終可以讓藥物等化合物通過(guò)芯片，以評(píng)估其治療功能和穿越血腦屏障（BBB）的能力。事實(shí)上科學(xué)家們已經(jīng)生成了一個(gè)源自人類iPSC的血腦屏障芯片模型，該模型可用于篩選藥物輸送和患者特異性藥物，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化醫(yī)療，或者重建血管神經(jīng)元界面，以模擬疾病中的屏障破壞。

與傳統(tǒng)的Transwell模型相比，器官芯片中的神經(jīng)元數(shù)量較少（器官芯片中39%，傳統(tǒng)Transwell模型中54%），而祖細(xì)胞數(shù)量較多（器官芯片中61%，傳統(tǒng)Transwell模型中46%）。器官芯片中的祖細(xì)胞在底板中顯示出高水平的共同表達(dá)，已知這些標(biāo)志物會(huì)產(chǎn)生成熟的多巴胺能神經(jīng)元。這表明器官芯片已經(jīng)準(zhǔn)備好分化為多巴胺能神經(jīng)元，并且有更多的TH陽(yáng)性神經(jīng)元。盡管神經(jīng)元群4在二維培養(yǎng)中高度富集，但多巴胺能標(biāo)記物幾乎沒有表達(dá)。大多數(shù)TH陽(yáng)性神經(jīng)元出現(xiàn)在神經(jīng)元群5和6中。然而，第6組（主要包括來(lái)自孔培養(yǎng)物的細(xì)胞）也含有額外的神經(jīng)元標(biāo)記物。相比之下，第5組（主要由器官芯片中的細(xì)胞組成，占18%，而二維孔中的細(xì)胞僅占1.5%）含有更特異的TH標(biāo)記。此外，這些特定群體的成熟生物標(biāo)志物存在一些差異。二維富集的第6組在神經(jīng)祖細(xì)胞和未成熟神經(jīng)元中表達(dá)較高。相比之下，器官芯片富集的第5組顯示有絲分裂后神經(jīng)元成熟的幾種標(biāo)記物的表達(dá)增加，這在二維孔培養(yǎng)中幾乎不存在。重要的是，在器官芯片中表達(dá)TH的神經(jīng)元中，超過(guò)50%同時(shí)表達(dá)關(guān)鍵的A9多巴胺能標(biāo)記KCNJ6和SOX6。此外，器官芯片培養(yǎng)中多巴胺成熟標(biāo)志物L(fēng)MO3和NR4A2的表達(dá)水平是傳統(tǒng)Transwell模型的兩倍。這些發(fā)現(xiàn)共同表明，器官芯片環(huán)境可以產(chǎn)生更多具有A9多巴胺命運(yùn)的成熟神經(jīng)元。

與傳統(tǒng)的Transwell模型相比，Emulate器官芯片平臺(tái)可以優(yōu)化成熟人類iPSC衍生多巴胺能神經(jīng)元的生成。此外，器官芯片培養(yǎng)中細(xì)胞成熟度的提高已在各種細(xì)胞模型中得到證實(shí)。例如，人類iPSC衍生的胰腺β細(xì)胞表明，胰腺芯片提供了更多與生物學(xué)相關(guān)的細(xì)胞來(lái)模擬胰腺疾病，人類iPSC衍生的三維心臟細(xì)胞培養(yǎng)提高了細(xì)胞成熟度。

來(lái)源于患者的iPSC為人類疾病提供了一個(gè)強(qiáng)大的體外模型。然而，帕金森病和亨廷頓氏病等晚發(fā)性疾病的iPSC模型很難顯示出穩(wěn)健的表型。部分原因可能是iPSC衍生的神經(jīng)元還不夠成熟。多巴胺能神經(jīng)元器官芯片不僅提供了更成熟的多巴胺能神經(jīng)元，還為A9多巴胺能神經(jīng)元提供了特異性標(biāo)記。A9多巴胺能神經(jīng)元是黑質(zhì)中的一種亞型，控制運(yùn)動(dòng)功能，主要在帕金森病中退化，與腹側(cè)被蓋區(qū)的A10亞型不同，A10亞型的功能障礙與神經(jīng)和精神疾病有關(guān)。例如，SOX6表達(dá)的神經(jīng)元已被證明容易于與帕金森病相關(guān)的變性，并且在多巴胺能神經(jīng)元器官芯片中的富集程度是孔培養(yǎng)的三倍。鑒于存在類似于A9的成熟多巴胺能神經(jīng)元，多巴胺能神經(jīng)元器官芯片顯然有可能最終用于建立帕金森病模型和篩選新療法。

目前，科學(xué)家們正在使用來(lái)自患者的iPSC來(lái)生成多巴胺能神經(jīng)元器官芯片，并評(píng)估科學(xué)家們?cè)诙�維孔培養(yǎng)中為年輕發(fā)病的帕金森病患者展示的表型。盡管器官芯片上的多巴胺能神經(jīng)元以前曾被用于建立突觸核蛋白病模型，但這些神經(jīng)元來(lái)自商業(yè)上可獲得的來(lái)源，僅在器官芯片上儲(chǔ)存了8天，并且沒有進(jìn)行單細(xì)胞分析來(lái)比較二維孔和器官芯片條件。科學(xué)家們認(rèn)為，在恒定流動(dòng)條件下培養(yǎng)來(lái)自人類iPSC的多巴胺能神經(jīng)元28天，為帕金森病模型的最終發(fā)展提供了重大進(jìn)展，并為發(fā)現(xiàn)相關(guān)表型提供了理想的平臺(tái)。

Emulate器官芯片包含兩個(gè)獨(dú)立的通道，允許多巴胺能神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞在一個(gè)通道中共培養(yǎng)，而其他類型的細(xì)胞可以在另一個(gè)通道中培養(yǎng)，例如參與某些帕金森氏癥癥狀的腎上腺素能神經(jīng)元。帕金森病的一個(gè)重要研究領(lǐng)域是腦-腸軸的作用。目前正在開發(fā)的多巴胺神經(jīng)元器官芯片和之前開發(fā)的腸道芯片表明，該平臺(tái)是研究腦-腸軸在帕金森病中作用的理想平臺(tái)，其中每種相關(guān)細(xì)胞類型都可以在各自的通道中發(fā)揮作用。最后，腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞（BMECs）可以在通道中培養(yǎng)，以創(chuàng)建用于研究藥物轉(zhuǎn)運(yùn)的人類血腦屏障模型。盡管科學(xué)家們尚未研究BMEC與多巴胺能神經(jīng)元之間的關(guān)系，但他們之前已經(jīng)證明，當(dāng)人類iPSC衍生的脊髓神經(jīng)元與BMEC一起在脊髓芯片中培養(yǎng)時(shí)，神經(jīng)元分化和自發(fā)神經(jīng)元活動(dòng)增加，從而更好地模擬肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥等疾病。

總之，器官芯片平臺(tái)可以從iPSCs中生成比例更大、更均勻的人類多巴胺能神經(jīng)元，提供介質(zhì)流動(dòng)，并能夠在獨(dú)立通道中共同培養(yǎng)多種細(xì)胞類型。憑借這些特性，多巴胺能神經(jīng)元器官芯片是研究多巴胺能神經(jīng)元生物學(xué)的理想選擇，最終可用于模擬多巴胺相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如更好地了解帕金森病和開發(fā)新的治療方法。

4、小結(jié)

人體細(xì)胞在血液供應(yīng)持續(xù)提供營(yíng)養(yǎng)和清除廢物的環(huán)境中運(yùn)作，而傳統(tǒng)組織培養(yǎng)平臺(tái)中的細(xì)胞在靜態(tài)培養(yǎng)環(huán)境中生長(zhǎng)，通常缺乏成熟度，限制了它們?cè)诮】岛图膊≈醒芯考?xì)胞生物學(xué)的實(shí)用性。相比之下，Emulate器官芯片微流控系統(tǒng)允許細(xì)胞在更接近體內(nèi)條件的特定流動(dòng)狀態(tài)下生長(zhǎng)。在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們將人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞分化為多巴胺能神經(jīng)元，并評(píng)估了傳統(tǒng)Transwell模型和器官芯片模型的細(xì)胞特征。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，與Transwell模型相比，器官芯片培養(yǎng)的多巴胺能神經(jīng)元比例更高、更均勻，以及更高水平的成熟生物標(biāo)志物。Emulate器官芯片是研究成熟多巴胺能神經(jīng)元的理想平臺(tái)，可以更好地了解它們?cè)诮】岛蜕窠?jīng)系統(tǒng)疾病中的生物學(xué)特性。