用于视网膜色素上皮细胞蓝光诱导氧化应激与抗氧化保护高通量评估的微流控梯度平台

《Biosensors》：A Microfluidic Gradient Platform for High-Throughput Evaluation of Blue-Light-Induced Oxidative Stress and Antioxidant Protection in Retinal Pigment Epithelial Cells

　　

视网膜色素上皮（retinal pigment epithelium, RPE）是位于视网膜光感受器与脉络膜之间的单层细胞，通过保护视网膜和支持光感受器代谢，在维持视觉功能中发挥关键作用。RPE细胞损伤可导致视觉障碍，包括黄斑变性。慢性暴露于高能蓝光已被证明可升高RPE细胞内的活性氧（reactive oxygen species, ROS）水平，引起氧化应激和细胞损伤。在本研究中，研究人员开发了一种整合梯度生成结构的微流控平台，以建立可控且稳定的蓝光强度和化学浓度梯度。该平台用于研究不同蓝光强度和抗氧化剂浓度对人RPE细胞ARPE-19氧化应激的影响。微流控通道内培养的细胞接受了不同蓝光强度与化学处理的组合暴露。结果表明，ROS产生随蓝光强度升高而增加，而较高抗氧化剂浓度可有效减少ROS积累，支持这些抗氧化剂能够减轻蓝光诱导的细胞内氧化应激。该微流控装置能够在单次实验中同时评估多种条件，减少试剂消耗并提高实验效率。这种体外微流控平台整合化学梯度和光梯度来评估视网膜氧化损伤和抗氧化效果，为眼科药物筛选和视网膜保护机制研究提供了重要潜力。

微流控梯度平台用于蓝光诱导视网膜色素上皮细胞氧化应激的高通量评估

蓝光（400–500 nm）是自然光和人工光源的重要组成，现代社会中LED照明和数字设备的普及导致人们长时间暴露于蓝光。高能蓝光可穿透角膜和晶状体到达视网膜色素上皮（retinal pigment epithelium, RPE）和光感受器细胞，通过诱导活性氧（reactive oxygen species, ROS）产生，引发氧化应激、线粒体功能障碍和细胞凋亡。RPE损伤与年龄相关性黄斑变性（age-related macular degeneration, AMD）等眼病密切相关。传统体外研究多采用培养皿或多孔板，存在静态培养、光照不均匀、难以建立化学或氧气梯度等局限，且每次实验通常只能使用单一光剂量，效率较低。微流控技术可提供灌注培养、精确光照控制和梯度生成能力，但已有微流控蓝光研究仍多采用单一剂量。因此，研究人员开发了一种可同时产生多个蓝光强度梯度和多个化学浓度梯度的微流控平台，用于高效评估蓝光诱导的氧化应激以及维生素C、维生素E和尿酸等抗氧化剂的保护作用。该研究发表于《Biosensors》。

研究人员设计并制作了由细胞培养芯片和光处理芯片组成的双层微流控装置。细胞培养芯片通过圣诞树型微流控梯度生成器，将两种溶液（含药培养基和纯培养基）混合，形成三个相对浓度（0、0.5、1）的化学梯度，用于递送不同浓度抗氧化剂。光处理芯片以刚果红（Congo red）溶液作为蓝光吸收剂，通过相同的圣诞树网络形成五个不同浓度的刚果红区域（0、0.3125、1.25、2.1875、2.5 mg/mL），从而对下方入射的蓝光产生不同程度的衰减，形成五个光强度水平。两块芯片叠加后，实验系统可同时产生3个化学浓度×5个光强度=15种组合条件。在单次实验中，人RPE细胞系ARPE-19（购自台湾生物资源收集与研究中心）在微流控通道内接受2小时蓝光照射及不同抗氧化剂处理，然后检测ROS水平。实验结果显示：细胞内ROS产生随蓝光强度增加而增加，呈明确的剂量依赖性；维生素C、维生素E和尿酸均能以浓度依赖方式抑制ROS积累，高浓度抗氧化剂在最高蓝光强度下也能将ROS维持较低水平。该平台在单次实验即可评估多种条件，显著减少试剂消耗、提高通量和可重复性，为视网膜光损伤研究和眼科药物筛选提供了有力工具。

关键技术方法方面，研究人员采用AutoCAD设计芯片并用CO₂激光雕刻聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和双面胶制成微流控芯片。使用COMSOL Multiphysics“层