综述：水凝胶微球赋能器官芯片系统：创新与应用

这篇综述系统阐述了水凝胶微球（HMs）如何通过其优异的生物相容性和可调特性，为器官芯片（OoC）技术提供仿生细胞外基质（ECM）微环境，突破传统OoC缺乏生化/生物物理信号的瓶颈，在精准模拟细胞生态位、构建3D组织网络及研究器官间互作等领域展现出巨大潜力。

　　

Abstract

器官芯片（Organ-on-a-Chip, OoC）作为突破性的体外微生理系统，通过微流控技术模拟人体器官的微环境特征，实现了从静态二维培养到动态三维仿生的跨越。近年来，兼具生物相容性与力学可编程性的水凝胶微球（Hydrogel Microspheres, HMs）成为革新OoC平台的关键材料——其能精准复刻ECM的生化-物理耦合特性，为细胞提供仿生niche微环境。

HMs赋能OoC的核心优势

• 动态微环境调控：HMs通过光交联、温度响应等策略实现孔隙率与刚度的实时调节，可模拟病理状态下ECM的纤维化或软化特征

• 多器官耦合：负载不同细胞类型的HMs模块通过微流控串联，成功构建肝-心、肠-脑等跨器官互作模型

• 精准递送系统：载药HMs在肿瘤芯片中实现化疗药物的时空控释，其释放动力学与体内数据误差^±5%

创新应用场景

• 疾病建模：阿尔茨海默病芯片中，β-淀粉样蛋白修饰的HMs成功诱导神经元tau蛋白过度磷酸化

• 药物开发：集成HMs的皮肤芯片对透皮吸收率的预测准确率提升至92%，显著高于传统Transwell^?模型

• 个性化医疗：基于患者源性iPSCs的HMs心脏芯片，可提前48小时预警蒽环类药物的心肌毒性

未来展望

"智能"HMs（如搭载CRISPR-Cas9的基因编辑微球）或将赋予OoC实时基因调控能力。但当前HMs的批次稳定性（CV值>15%）和长期培养下的降解控制仍是技术攻坚重点。

Conflict of Interest

作者声明无利益冲突。