《Vascular Diseases》：The endothelium at the crossroads of multi-organ pathology: Insights from organ-on-chip models
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内皮屏障功能障碍与疾病机制研究及器官芯片技术应用。摘要：内皮屏障功能对维持血管-组织-器官稳态至关重要，其失调可导致炎症和血管渗漏。器官芯片技术通过微加工和流体剪切应力模拟，构建三维仿生血管模型，为疾病机制、药物筛选及早期诊断提供高生理相关性的工具。
作者：Swachhatoa Ghosh、Praphulla C. Shukla、Soumen Das
印度卡尔帕格普尔IIT Kharagpur医学院与技术学院
摘要
内皮屏障功能对于维持血管-组织-器官的稳态至关重要。血管活性物质的释放异常以及剪切应力的变化会导致屏障功能受损，从而使得血液成分、肿瘤细胞和病原体得以穿透屏障。器官芯片（Organ-on-chip, OoC）技术利用微制造技术开发出动态的、三维（3D）体外平台，这些平台能够精确模拟人体组织的结构和功能特征，包括血管系统。这类系统为疾病机制的建模提供了强有力的工具，具有很高的生理相关性，并在药物开发、诊断和治疗筛选中得到广泛应用。通过整合仿生血管环境，器官芯片平台能够研究内皮屏障功能障碍、炎症信号传导及机械因素如何影响病理生理过程。由于内皮功能障碍通常先于临床症状出现，这些模型为疾病的早期检测和干预提供了有希望的途径。综上所述，这些方法为利用器官芯片系统揭示血管在疾病中的作用以及改进具有临床相关性的临床前模型提供了指导。
部分内容摘录
内皮功能及其失调在生理学中的作用
内皮细胞（Endothelial Cells, ECs）是血管稳态的动态调节者，它们在调节血管张力、维持屏障完整性、调控血管生成以及介导炎症反应方面起着关键作用。内皮细胞合成的血管活性物质（如一氧化氮、前列腺素和内皮素-1）能够精确调节血管张力[1]。屏障功能通过紧密连接和粘附连接得以维持，从而控制细胞间的通透性，防止细胞异常渗出。
传统疾病模型的局限性
追踪内皮功能障碍和疾病进展对于优化诊断方法和改善临床结果至关重要[15, 16]。传统的血管疾病模型（包括二维体外培养和动物实验）受到生理差异、物种间差异以及伦理问题的限制。虽然大型动物模型在生理特性上与人类较为接近，但成本高昂且不易获得。同样，使用内皮细胞和平滑肌的二维细胞培养系统也存在类似问题。
内皮芯片（Endothelium-on-chip）
器官芯片模型是一种先进的微型平台，通过微制造技术和流体流动构建出具有生理相关性的三维异质多器官模型[25, 26]。这些模型能够有效研究浓度梯度、流体剪切应力等生物化学和机械刺激，通过将计算机模拟与实验验证相结合来实现。它们能够模拟血液与内皮（血管内壁）之间的相互作用。结论与未来展望
器官芯片（OoC）模型作为传统二维细胞培养和动物模型之间的桥梁，在含有细胞外基质（ECM）的水凝胶中引入人类来源的细胞系，从而重建器官级别的结构和功能。这些系统结合了基于灌注的培养方法，可以模拟特定应用所需的剪切应力、循环应变及其他生物物理因素，这对于准确模拟疾病过程至关重要。此外，这些模型还有助于评估治疗化合物的效果。作者贡献声明
Swachhatoa Ghosh：撰写内容——审稿与编辑、初稿撰写、数据整理、概念构思。Praphulla C. Shukla：撰写内容——审稿与编辑、监督工作。Soumen Das：撰写内容——审稿与编辑、监督工作、资源协调、方法论设计及资金筹措。利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
作者感谢印度卡尔帕格普尔IIT提供的研究资助。
