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再現光明視野! 微流體晶片模擬人類血液視網膜障壁

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近年來,科學家期望能找到減少動物試驗並且加速臨床試驗的方法,因此不斷進行研究。用活細胞進行的活體外(in vitro)試驗則是一種替代性方法,但該方法受限於細胞之間的相互連接和交互作用不容易複製。為了克服最新的挑戰,科學家們正在開發能夠在非常接近真實模擬組織和器官功能的系統。這些裝置,被稱為“器官晶片”(Organ-on-a-chip),包括模擬活體器官和組織的微環境(microenvironments)和微型器件(microarquitectures)。

近日,位於巴塞隆納的研究團隊(註1)開發一套模擬人類血液視網膜障壁(blood-retinal barrier)的微流體裝置(microfluidic device)。專家在技術上稱該研究為“概念性驗證”(proof of concept),也就是說,該研究證明了科學家設想設計的可行性,而該研究刊登在《晶片實驗室》(Lab-on-a chip)期刊的封面上。

該研究團隊 José Yeste 博士指出,該裝置由幾個平行的隔室組成,用於模擬視網膜層結構。在每個隔室中培養了可構成攜帶氧和營養物質的毛細血管(capillary vessels)的內皮細胞(endothelial cells)、可形成視網膜神經細胞(neuroretina)的神經元細胞(neuronal cells)和視網膜色素上皮細胞(retinal  pigmented epithelial cells)等類型細胞,進而形成血液視網膜的外層障壁。隔室之間透過細胞下面的網格微凹槽(microgrooves)相互連接,細胞之間可以交換訊息分子進行訊息傳遞。結果顯示,由某些細胞產生的物質可到達其他細胞,產生像活體器官之間的細胞通訊和交互作用。此外,該裝置也能夠使內皮細胞暴露於特定的機械條件,例如由血流誘導。

該研究團隊指出,他們透過評估血液視網膜障壁的通透性、電阻以及細胞之間緊密連接的蛋白質表現狀況,來測試血液視網膜障壁是否準確形成。當細胞已經建立了障壁功能,就能表現這些蛋白質,而且該障蔽能保持自然通透性,進而允許營養物質和氧氣的通過,也可進一步觀察細胞之間是否接觸和交互作用。

該裝置可應用於分子交互作用的研究或模擬造成人類視網膜傷害的情境。該研究團隊還希望使用該裝置,進行糖尿病視網膜病變(diabetic retinopathy)研究,而這種疾病的病因和進展尚不清楚。

註1:該研究團隊由西班牙科學研究委員會(Spanisch Council for Scientific Research,CSIC)巴塞隆納微電子研究所的生物醫學應用團隊(Biomedical Applications Group of the Microelectronics Institute of Barcelona,IMB-CNM)、工程生物醫學研究網路中心(CIBER-BBN)、Vall d’Hebron研究所(VHIR)的糖尿病和代謝團隊、卡洛斯三世 CIBERDEM 衛生研究所(CIBERDEM- Institute of Health Carlos III)以及巴塞隆納自治大學(Universitat Autònoma de Barcelona,UAB)組成。

延伸閱讀:精準醫療「芯」時代 – 微流體技術的大放異彩

參考資料:
1. Yeste J, et al. Lab Chip, 2018,18, 95-105
2. https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-01/uadb-set012318.php
3. http://www.imb-cnm.csic.es/index.php/en/?option=com_content&view=article&id=153&Itemid=245&lang=es

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