综述：微生理系统（MPS）在衰老相关和老年疾病研究中的进展

微生理系统（MPS）为衰老相关和老年疾病研究带来新契机，本文综述其应用、局限与前景。

　　

引言

衰老，是生命进程中不可避免且极为复杂的一环。在这一过程里，组织和细胞的功能会逐渐衰退，就像一台运转多年的精密机器，各个零部件慢慢磨损，性能大不如前。随着细胞功能的下降，身体内环境的平衡被打破，各种衰老相关和老年疾病的风险也显著增加。如今，全球老龄化进程不断加速，同时全球大流行病时有发生，这让情况变得更加严峻。心血管疾病、脑血管疾病、神经退行性疾病，还有运动和感觉退化性疾病等，都成了严重威胁公众健康的重大问题。

在衰老研究领域，组学技术和人工智能（AI）取得了长足进步，为探索衰老生物标志物提供了有力工具。不过，在模拟和研究衰老相关及老年疾病的模型方面，传统的体外系统和动物模型虽有一定作用，但存在明显局限性。以过去的抗衰研究为例，很多证据都来自酵母、线虫和果蝇这些非哺乳动物模型生物。即便近年来小鼠实验带来了一些新发现，可这些模型还是无法完全精准地模拟人体在衰老过程中的生理变化。

而微生理系统（MPS）的出现，宛如一道曙光。它融合了组织工程和微流控技术的优势，能够在微型设备里重现组织微环境的关键特征，为细胞提供高度仿生的培养条件，大大提升了体外模拟人体结构和功能的能力。MPS 不仅能更准确地预测临床试验结果，还能节省时间和成本，在衰老相关疾病研究中展现出巨大潜力。本文将聚焦 MPS 在各类衰老相关和老年疾病研究中的应用，探讨其研究成果、面临的挑战以及未来发展方向。

心血管和脑血管疾病

心血管和脑血管疾病（CCDs），是一类涉及血管的全身性疾病。随着年龄增长，血管仿佛老化的水管，逐渐失去弹性，变得狭窄、堵塞。研究发现，人口老龄化是心血管和脑血管疾病相关死亡人数增加的主要原因之一。在 60 岁及以上人群中，这类疾病就像潜伏的 “杀手”，严重威胁着人们的生命和健康。一旦血管出现问题，心脏和大脑的供血就会受到影响，进而引发各种严重后果。

MPS 在心血管和脑血管疾病研究中发挥着重要作用。借助微流控和组织工程技术，它可以构建出模拟人体血管生理环境的模型。在这个模型里，能观察到血管细胞在类似体内的环境下如何生长、相互作用，以及疾病发生发展的过程。通过这种方式，科研人员可以深入探究心血管和脑血管疾病的发病机制，比如研究血管内皮细胞在衰老过程中的变化，以及这些变化如何影响血管的正常功能。同时，MPS 还能用于测试各种治疗手段和筛选潜在的治疗药物，为开发更有效的治疗方案提供有力支持。

神经退行性疾病

神经退行性疾病（NDs），主要是由于神经元及其髓鞘的退化或破坏，导致神经系统功能出现障碍或丧失。就像大脑里的 “信号传递网络” 出现了故障，信息传递不再顺畅。随着老龄化社会的快速到来，这类疾病的问题愈发严重。世界卫生组织（WHO）预测，到 2040 年，以阿尔茨海默病（AD）和帕金森病（PD）为代表的神经退行性疾病，可能会取代癌症，成为人类第二大常见致死疾病。患者会出现记忆力减退、运动障碍等各种症状，严重影响生活质量。

MPS 为神经退行性疾病的研究开辟了新途径。利用类器官和器官芯片技术，科研人员可以构建出模拟大脑神经组织的模型。在这个模型中，能够研究神经元在衰老过程中的变化，比如神经元之间的连接如何逐渐减少，神经递质的分泌如何失衡。通过观察这些变化，有助于揭示神经退行性疾病的发病机制。此外，MPS 还可以用于测试针对神经退行性疾病的治疗方法和药物。通过在模型中模拟疾病状态，观察药物对神经元的作用，筛选出更有潜力的治疗药物，为患者带来新的希望。

纤维化

纤维化，是组织受伤后修复过程出现异常的结果。当身体组织受到损伤时，正常情况下会启动修复机制，但如果这个过程失调，就会导致大量纤维组织过度沉积。在工业化国家，大约 45% 的死亡都与纤维化有关。纤维化几乎会影响到身体的所有器官，比如心脏、肝脏、肾脏、肺、皮肤等，是一种典型的与衰老相关的病理特征。随着年龄增长，组织不断积累损伤，或者遭受严重的急性衰老损伤时，纤维化的发生风险就会更高。

MPS 为研究纤维化提供了独特的视角。通过构建模拟不同器官微环境的模型，可以研究在衰老背景下，组织如何发生纤维化。比如，在模拟肝脏微环境的 MPS 模型中，观察肝细胞在衰老和损伤刺激下，如何转化为肌成纤维细胞，进而分泌大量细胞外基质，导致肝纤维化。利用这些模型，科研人员可以深入了解纤维化的发病机制，寻找潜在的治疗靶点。同时，MPS 还可以用于筛选能够抑制纤维化进程的药物，评估药物的疗效和安全性，为纤维化疾病的治疗提供新的策略。

运动退行性疾病

运动退行性疾病，主要指肌肉骨骼退行性疾病（MSD），涵盖了发生在骨骼、骨关节以及骨骼肌及其附属神经的退行性病理变化。随着全球老龄化加剧，越来越多的老年人受到运动功能减退的困扰，生活质量大打折扣。这可能是自然衰老的结果，也可能是长期不健康的生活和工作方式，以及衰老相关因素共同作用的结果。比如，长期的关节磨损、缺乏运动、营养不均衡等，都可能加速运动系统的衰老和病变。

MPS 在运动退行性疾病研究中具有重要价值。借助微流控和组织工程技术，能够构建出模拟肌肉骨骼系统的模型。在这个模型里，可以研究骨骼、肌肉和关节细胞在衰老过程中的变化，以及它们之间的相互作用。例如，观察在衰老环境下，成骨细胞和破骨细胞的平衡如何被打破，导致骨质流失；肌肉细胞的收缩功能如何下降，影响运动能力。通过这些研究，可以深入了解运动退行性疾病的发病机制，开发针对性的治疗方法。MPS 还可以用于测试各种治疗手段，如药物治疗、物理治疗等，评估其对运动功能的改善效果。

感觉退行性疾病

感觉退行性疾病，是指由感觉器官或神经结构和功能损伤引起的，涉及视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉等一种或多种感觉功能进行性下降、异常甚至障碍的一组疾病。衰老与这类疾病密切相关，是患者的主要病因。比如，人到了 40 岁左右，视力就会开始自然下降；随着年龄进一步增长，听力也会逐渐减退。

MPS 为感觉退行性疾病的研究提供了新的方法。通过构建模拟感觉器官微环境的模型，可以研究在衰老过程中感觉细胞的变化。例如，在模拟眼睛视网膜微环境的 MPS 模型中，观察视网膜细胞在衰老过程中的形态和功能改变，以及这些改变如何影响视觉信号的传递。利用这些模型，科研人员可以深入探究感觉退行性疾病的发病机制，寻找潜在的治疗靶点。同时，MPS 还可以用于筛选治疗感觉退行性疾病的药物，评估药物对感觉功能的改善效果，为患者提供更好的治疗方案。

罕见病

一些具有衰老表型的罕见病，如哈钦森 - 吉尔福德早衰综合征、沃纳综合征和 PYCR1 相关常染色体隐性遗传性皮肤松弛症等，主要由基因和基因组突变引起。虽然这些疾病发病率较低，但患者往往面临着巨大的痛苦和高昂的医疗费用。据一项未经同行评审的研究估计，罕见病的医疗、非医疗（如就医交通费用）和间接成本（如因无法工作导致的收入损失）总计高达 9660 亿美元。

MPS 在罕见病研究中也能发挥重要作用。由于这些罕见病的发病机制往往与特定基因变异相关，MPS 可以利用患者来源的细胞构建疾病模型，更精准地模拟疾病的发生发展过程。通过对这些模型的研究，可以深入了解罕见病的发病机制，寻找潜在的治疗靶点。同时，MPS 还可以用于药物筛选和疗效评估，为罕见病患者提供个性化的治疗方案，有望改善患者的预后。

讨论

在人类历史长河中，衰老始终是一个充满挑战的前沿领域。无数科学家和投资者都渴望揭开个体生命过程的奥秘，找到健康长寿的秘诀。随着全球健康技术的不断突破和医疗保健系统的日益完善，人类的平均预期寿命显著提高。然而，衰老相关和老年疾病的威胁也愈发凸显。

MPS 作为一种新兴技术，在衰老相关疾病研究中展现出巨大的潜力。它能够更真实地模拟人体生理和病理状态，为研究疾病机制、开发治疗方法和筛选药物提供了有力的工具。不过，目前基于 MPS 的研究仍处于起步阶段。虽然在一些疾病模型的研究上取得了一定进展，但还有很多未知领域等待探索。例如，如何进一步优化 MPS 模型，使其更准确地反映人体复杂的生理和病理过程；如何更好地整合多组学数据，深入解析疾病机制；如何加强 MPS 与临床研究的结合，加速研究成果向临床应用的转化等。

跨学科合作可能是解决这些问题的关键。将生物学、医学、工程学、材料科学、计算机科学等多学科的知识和技术融合起来，有望为 MPS 的发展带来新的突破。例如，利用先进的材料科学技术开发更适合细胞生长的生物材料，借助计算机科学的算法和模拟技术优化模型设计，通过多学科的协同创新，推动 MPS 在衰老研究领域取得更大的进展。

结论

衰老及其相关疾病是由多种因素共同作用导致的复杂问题。尽管科学家和投资者对衰老相关和老年疾病的关注度日益提高，但基于 MPS 的研究还处于发展初期。目前的研究主要集中在部分疾病模型上，还有广阔的研究空间等待挖掘。MPS 为衰老相关疾病的研究提供了新的平台，在疾病机制探索、治疗方法开发和药物筛选等方面具有巨大潜力。随着技术的不断进步和跨学科合作的深入，相信 MPS 将在衰老研究领域发挥更大的作用，为解决衰老相关和老年疾病这一全球性健康问题提供更多有效的解决方案，为人类的健康和长寿带来新的希望。