构建具有可调GelMA水凝胶的多层微流控气道芯片，用于与生理相关的氣溶胶暴露研究

《Scientific Reports》：Engineering a multilayer microfluidic airway-on-a-chip with tunable GelMA hydrogel for physiologically relevant aerosol exposure studies

　　

摘要

气候变化引发的森林火灾增加构成重大的全球健康风险，因为烟气中含有有害气体和细颗粒物，这凸显了建立具有生理相关性的体外气道模型以研究烟雾诱导反应的迫切需求。微流控类器官芯片技术为体外气道建模提供了坚实基础，持续的研发正拓展其在整合多细胞组织、细胞外基质复杂性以及生理相关性暴露方法方面的能力。本研究展示了一种光聚合明胶甲基丙烯酰酯（GelMA）基水凝胶在微流控气道芯片中的优化与集成，该芯片可模拟人类小传导气道，并支持对木材烟雾进行可控的气溶胶暴露。所优化的GelMA水凝胶能够支持成纤维细胞包埋、内皮细胞粘附，并具备稳健的机械稳定性。该器件将水凝胶与隔室化微通道布局及牺牲模具技术相结合，构建了具有多层结构、三维基质层及可灌注类血管腔的三维类器官气道培养模型。将该平台与定制的气溶胶暴露系统联用，可实现对完整木材烟雾的精确生物模拟暴露。利用转化生长因子β1（TGF-β1）和完整木材烟雾开展的原理验证研究表明，可诱发预期的炎症和纤维化反应，验证了该平台在吸入研究中的生理相关性，可用于探究烟雾诱导的气道重塑和炎症。