工程化局部损伤：基于3D微流控平台的离体组织精准干预新策略

《ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY》：Engineering localized injury: a 3D microfluidic platform approach for ex vivo tissue interrogation

本研究针对传统离体模型难以模拟局部、持续性生物事件的瓶颈，开发了一种新型3D打印微流控平台。该平台通过“花瓣状”微孔设计实现了对脑片局部缺血刺激的长时间（1小时）空间限制（分辨率达304±45 μm），并耦合快速扫描循环伏安法（FSCV）实时监测多巴胺动态信号。该技术填补了局部组织刺激与实时神经化学分析联用的工具空白，为缺血性脑卒中等疾病的机制研究提供了重要手段。

　　

在生物医学研究中，精确模拟体内局部微环境一直是技术难点。例如，缺血性脑卒中（占卒中病例87%）的病理过程涉及特定脑区神经递质的动态变化，但传统方法无法在离体组织中实现长时间、高空间分辨率的局部刺激与实时监测。以往微流控技术虽能短暂（约1分钟）控制刺激范围，却难以维持空间稳定性，限制了其对慢性生理过程的模拟能力。美国辛辛那提大学Ashley E. Ross团队在《Analytical and Bioanalytical Chemistry》发表论文，报道了一种3D打印微流控平台，通过创新性“花瓣状”（floret）微孔设计，解决了局部刺激空间控制与可持续性的难题。

研究采用多层3D打印技术构建微流控芯片，其核心为六层结构：底层废液回收、中层刺激/缓冲液输送通道、顶层开放式组织培养池。关键改进在于“花瓣状”微孔阵列，中央端口输送刺激物（如缺血缓冲液），外围环形端口持续灌注正常人工脑脊液（aCSF），通过流速比例（1:10）形成流体屏障，将刺激物扩散限制在直径约300 μm区域内。平台兼容实时电化学检测与显微成像，研究者将大鼠海马脑片置于芯片培养池，结合碳纤维微电极快速扫描循环伏安法（FSCV），监测局部缺血条件下多巴胺动态释放。

验证局部与持续性刺激

通过荧光素扩散实验证实，该平台可在1小时内将刺激物扩散范围稳定控制在304±45 μm，较传统软光刻技术设备分辨率提升53%。双染料（荧光素/罗丹明）同步输送实验进一步展示多靶点刺激能力。

脑片在芯片上的活性

Calcein-AM活细胞染色显示，芯片培养1小时的脑片存活率与常规灌注舱无显著差异。TTC染色表明，局部缺血刺激30分钟后，仅刺激端口周围约128±15 μm区域出现代谢抑制（白色梗死区），证实损伤的空间精确性。

局部损伤部位的神经化学信号

FSCV监测发现，局部缺血刺激15分钟后，多巴胺瞬态信号浓度与持续时间显著增加，而释放频率无变化，提示缺血早期多巴胺释放增强可能与细胞兴奋性毒性相关。

该研究通过3D打印微流控技术实现了离体组织局部刺激的长时间空间控制，并耦合神经化学实时监测，为研究缺血等局部病理事件提供了新工具。平台设计灵活，可扩展至多靶点药物递送与动态信号分析，为疾病机制研究与药物筛选提供了重要技术支持。