如何利用微流控技术实现模仿人类视觉的视网膜芯片呢？

视网膜疾病是世界范围内引起视力损害和失明的主要原因之一。视网膜是位于我们眼睛后部的感光区域，对我们的视觉形成起着至关重要的作用。视网膜捕捉光并将其转换为电信号，再由我们的大脑将其解释为图像。人类视网膜有很多具有复杂特征的层，每一层都有特定的功能。例如，视网膜上的感光细胞对夜视和彩色视觉至关重要，而上皮细胞提供视觉所必需的营养物质和生长因子（能够刺激细胞生长的分子）。

据麦姆斯咨询报道，近期，印度孟买化学技术研究所（ICT）与印度理工学院孟买分校（IIT Bombay）的研究人员合作开发了“视网膜芯片（retina-on-a-chip）”，这是一种旨在模拟人类视网膜结构和功能的模型。这项研究以“Compartmentalized microfluidic device for in vitro co-culture of retinal cells”为题发表在《生物技术杂志》（Biotechnology Journal）期刊上，由印度政府生物技术部和科技部以及美国John Editha Kapoor奖学金基金资助。

视网膜芯片工作原理示意图  

该论文所提出的视网膜芯片为研究视网膜疾病提供了强有力的工具，其模型复制了视网膜的细胞成分，特别是感光细胞和上皮细胞。上述两种细胞由研究人员使用微流控技术在受控条件下培养而成。

微流控器件是一种微型器件，设计用于在宽度为人类头发丝直径百分之一的通道中容纳和操纵少量流体（以微升为单位）。目前研究中设计的微流控器件被划分为多个腔室，以实现在器件内分离和操纵不同的物质。多腔室微流控器件提供了一个可控的环境来研究各种生物和化学现象。这种新开发的器件可以共培养不同的视网膜细胞，并模拟人类视网膜的活动、机制和生理反应。

在以往的研究中，视网膜疾病疗法的测试研究主要利用动物进行实验。使用动物作为模型除了伦理限制外，由于动物视网膜比人类视网膜小，结果通常是不准确的。而新开发的视网膜芯片模型为研究视网膜疾病提供了现有模型的有效替代方案，并使科学家能够更有效地测试视网膜对各种药物的反应。

研究人员使用两层相互键合的聚二甲基硅氧烷（PDMS）层和一层玻璃衬底制造了微流控芯片，并评估了该器件在共培养不同类型视网膜细胞方面的功效，并对其流体参数如压降和流速进行了计算验证。

微流控视网膜芯片示意图  

此外，研究人员发现了一种叫做前体细胞的视网膜细胞，这种细胞可以发育成各种类型的细胞。该器件内的多腔室构造允许上皮细胞释放的生长因子到达前体细胞，使其发育并成熟为感光细胞。

这种新型微流控芯片具有改善针对视网膜疾病进行药物开发的潜力，这些疾病可能是由于衰老和其他生活方式疾病引起的。该器件可用于了解病变和正常视网膜模型中基于共培养的细胞间相互作用，还可以拓展用于模拟不同的视网膜疾病。此外，该器件在评估新的视网膜药物的临床前试验中具有潜在的应用价值。

相关研究已证明，在人造器官（这些人造器官显示了真正器官所具有的功能）的辅助下，微流控技术在药物开发方面具有良好的前景。研究人员设想，微流控技术有望获得广泛关注，以在不受动物模型使用限制的前提下，加速人类视网膜疗法的发展。

“我们花了7年时间开发这个模型。我们早在2015年就开始研究这个概念，当时关于微流控技术还处于非常初级的阶段。说服资助机构和许多其他机构专门培养视网膜细胞是一项具有挑战性的任务。”该论文作者在孟买ICT纳米医学研究小组的官方推特上写道。

审核编辑：刘清