肝臟在代謝活動中發揮著重要作用，如血液中葡萄糖水平的調節，血漿蛋白質的產生，藥物代謝，膽汁的產生，并從形態和功能的角度呈現復雜的結構。由于其重要性，在過去幾十年中已經被廣泛研究以了解藥物代謝和毒性（DILI-藥物誘導的肝損傷）以及肝病，肝炎，肝纖維化和癌癥等的機制。

肝竇結構的簡短概述

肝門靜脈（來自腸道）和肝動脈將血液帶到肝臟，在那里它被混合在稱為血竇的毛細血管中并收集在肝中央靜脈中，在那里被帶回心臟。肝臟由重復單元組成，小葉具有六邊形形狀，由肝細胞組成（HCs）排列在正弦波周圍的繩索結構中，由一個perisinusoidal空間，Disse的空間隔開。肝細胞是實質肝細胞，主要參與蛋白質和膽汁合成以及肝臟代謝，而主要的非實質（NPC）細胞是肝竇內皮細胞（LSECs），庫普弗細胞（巨噬細胞）和星狀細胞。肝細胞通過Disse空間的交換從正弦細胞中獲得營養。

圖1.肝竇的方案。血液流動的正弦曲線與由肝細胞組成的薄壁組織，通過竇狀內皮細胞膜和Disse空間分離。4種主要類型的細胞是內皮細胞，庫普弗細胞和星狀細胞（非實質細胞）和肝細胞。圖來自Tsutsui等[9]。

 工程肝臟體外模型

圖2.肝臟體外模型的常用方法的圖形表示。這些方法可分為非灌注系統（MPCC，3D球體）和灌注系統（肝臟上芯片），而高通量細胞微陣列通常用于藥物篩選和開發[2] [10]。

肝臟芯片模型：人工肝竇

我們已經決定在此描述由Lee等人開發的人工肝竇，他設計了一種微流體平臺，能夠重建原代肝細胞接種的生理微環境（質量傳遞條件）。

芯片設計細節

微流體平臺由營養物和藥物流動的通道和用于接種緊密包裝的肝細胞的細胞室組成。事實上，已經證明，高密度的原代細胞允許形成具有增強的活力和代謝活性的細胞 - 細胞相互作用。在芯片設計中包括具有由一組平行微通道組成的正弦形狀的可滲透的內皮樣屏障，以便（i）防止對HC具有危險的高剪切應力和（ii）將HC包裝在電池中區域。

圖3. Lee等人設計的人造肝竇。流動通道和細胞室寬50μm，高30μm。這兩個區域分別模擬血管和肝實質，并由一個由平行微通道（2 x1μm - 寬x高）組成的屏障隔開，該微通道起肝臟內皮細胞（LSECs）的作用。屏障允許同時將肝細胞緊密包裹在細胞區域（右圖），同時確保低剪切應力。（比例尺50μm）。來自Moraes等人的圖。

1.芯片微加工

通過光刻在硅晶片上以兩個步驟對SU-8（負性光致抗蝕劑）進行圖案化：旋涂1μm厚的SU-8層以形成內皮樣屏障的通道，然后是30μm的SU-8。用于創建流動和細胞播種的通道。接著，從SU-8模具中復制聚二甲基硅氧烷（PDMS）芯片并粘合到載玻片上。

2.設計芯片參數以模擬肝臟微循環

該芯片設計用于確保100 pL / s的營養物體積流量（對于細胞區域中加載的約250個肝細胞），這是典型的肝臟微循環。為此，對于流動通道和可滲透屏障，通道寬度，高度和長度分別設定為（50×30×1200）μm和（2×1×30）μm。使用2 x1μm的阻隔通道橫截面，低對流流動，因此確保了高的總流體阻力（比流體通道中高1000倍），因此能夠進行擴散傳輸。以這種方式，HC暴露于低剪切應力并且可以通過穿過屏障的擴散來接收營養物。

3.設計芯片參數以控制緊密堆積的肝細胞的負載

內皮樣屏障的設計還允許加載高密度的HC而不損壞它們或屏障本身。驗證通道的窄橫截面以減少界面處的細胞膜變形。因此，正向流動將細胞導向細胞區域的底部而沒有堵塞，這導致高細胞包裝。此外，細胞產生的增加的抗性決定了接種過程結束時的加載速率的降低。

用于原代細胞培養的微流控芯片：結果和結論

將大鼠和人原代肝細胞加載到細胞區域內，并評估細胞活力長達7天。用培養基連續灌注微流體平臺。結果顯示兩種細胞系在7天后保持其存活力而不需要膠原蛋白包被（在靜態培養系統中是必需的）。此外，由于細胞 - 細胞接觸，高密度細胞確保了高代謝活性。

該評價顯示了微流體平臺如何被設計成能夠非常模仿組織或器官的特定功能。在這項工作中，設計了一個由流動通道，細胞區域和可滲透的內皮樣屏障組成的微流體裝置，以類似于肝臟微循環條件，改善肝細胞活力和細胞 - 細胞相互作用。 評論由Alessandra Dellaquila撰寫。

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