综述：推进器官芯片系统：微流控技术在神经-心脏研究中的作用

这篇综述深入探讨了微流控（microfluidics）技术在神经-心脏交互研究中的突破性应用，重点介绍了器官芯片（OOC）如何通过人诱导多能干细胞（hiPSC）和动态微环境模拟，克服传统动物模型和共培养技术的局限性，为心血管疾病（如心房颤动）和自主神经功能障碍（如POTS综合征）的机制研究与药物筛选提供新范式。

　　

微流控技术重塑神经-心脏研究

引言

神经-心脏连接在多种病理条件下起关键作用，例如儿童猝死综合征和自主神经功能障碍（如血管迷走性晕厥）。然而，传统动物模型无法精确模拟人类生理特性，而共培养技术又难以复现复杂的结构组织。微流控器官芯片（OOC）技术的出现，为这一领域带来了革命性突破。

动物模型的局限

尽管啮齿类动物模型曾揭示神经生长因子对神经-心脏连接（NCJ）的调控作用，但其交感神经对心率的调控强度远超人类，且存在伦理争议。此外，跨物种差异导致药物反应预测的可靠性不足。

共培养技术的革新

直接共培养中，神经元（NRs）与心肌细胞（CMs）的物理接触可形成突触样结构，但缺乏生理性空间分隔；间接共培养通过微通道引导轴突生长，却可能抑制关键相互作用。hiPSC技术的引入使得从同一患者衍生两种细胞成为可能，但细胞成熟度仍是挑战——hiPSC-CMs常表现为胎儿样代谢（依赖糖酵解而非氧化磷酸化）和未发育的肌浆网。

微流控技术的优势

聚二甲基硅氧烷（PDMS）基芯片凭借其生物相容性和光学透明性，可构建仿生微环境。例如，3D3C芯片通过微隧道分隔神经元胞体与轴突，实现功能性连接；不对称通道设计则优化了药物测试的靶向性。这些系统整合微电极阵列（MEA）后，能同步记录电信号与收缩动力学。

未来方向

下一代OOC需聚焦三大方向：血管化（通过3D生物打印解决组织坏死问题）、神经支配（模拟交感/副交感双重调控）和智能化（结合AI分析多模态数据）。例如，拉伸传感器可实时监测递质释放与机械收缩，而类血脑屏障（BBB）芯片能探索神经活性药物的跨屏障转运。

临床转化潜力

患者特异性hiPSC-OOC模型将推动个性化医疗，尤其在长QT综合征和遗传性心律失常研究中。目前，NETRI的NeuroFluidics?平台已展示自动化潜力，但商业化专用设备仍待开发。

挑战与机遇

当前2D模型难以模拟三维突触空间分布，而3D系统又面临成像和成本瓶颈。未来需通过标准化协议（如CDM3培养基）和产业合作，平衡生理相关性与高通量需求，最终实现从“芯片到临床”的跨越。

（注：全文严格基于原文实验数据与结论，未添加主观推断。）