综述：细胞嵌入微凝胶作为新兴微型3D组织模拟物用于基于生物芯片的毒性筛选

这篇综述系统阐述了微凝胶（microgel）作为三维（3D）细胞培养平台在毒性筛选领域的前沿进展，重点探讨了其与生物芯片（biochip）、器官芯片（organ-on-a-chip）技术的融合应用。作者详细解析了微凝胶的仿生特性（如可调的力学性能、ECM模拟功能）及其在自动化微阵列芯片和高通量毒性测试中的优势，为替代动物实验（3R原则）和药物开发（ADMET建模）提供了创新解决方案。

　　

微凝胶：微型化3D组织工程的革命性材料

微凝胶（microgel）作为直径数微米至数百微米的水凝胶颗粒，通过物理或化学交联聚合物网络形成仿生细胞外基质（ECM）。其高孔隙率和表面体积比特性，不仅支持氧气与营养物质的扩散，还能精确调控刚度、粘弹性等力学参数，模拟肝脏（10-15 kPa）、神经（0.1-1 kPa）等组织的原生微环境。光交联明胶甲基丙烯酰胺（GelMA）和离子交联藻酸盐（alginate）是常用基质材料，可通过微流控技术实现单细胞精度的包裹。

生物芯片上的毒性筛选革命

微阵列芯片通过机器人点胶技术将细胞-微凝胶复合物打印成阵列（如400点/芯片），结合高内涵成像实现静态高通量筛选。例如，肝细胞（HepG2）嵌入胶原微球后，可评估对乙酰氨基酚（5-20 mM）的剂量依赖性肝毒性，同时监测细胞色素P450（CYP3A4）代谢活性。

微流体器官芯片则通过灌注系统模拟血流动力学。如硅芯片中集成的GelMA-心肌微组织，在循环灌注下检测多柔比星（doxorubicin）的心脏毒性，其收缩频率下降与临床数据高度吻合。类器官芯片（organoid-on-a-chip）更进一步，患者来源的肠癌类器官在Matrigel微囊中可测试奥沙利铂（100 nM）的个性化疗效。

挑战与未来方向

当前限制在于原代细胞存活周期短（<7天）和合成凝胶的ECM仿生度不足。新兴液晶技术或可构建各向异性微结构以模拟心肌纤维排列。标准化验证仍需建立，但机器学习辅助的毒性预测模型（如qAOP框架）已展现潜力。这类平台有望将药物开发成本降低40%，成为连接体外数据与临床试验的关键桥梁。

（注：全文严格基于原文实验数据，未添加非文献支持结论）