UNIST开发可模拟局部组织微环境的仿生芯片
UNIST生物医学工程系Park Taeun教授团队开发出一种可模拟人体白色脂肪组织生理和病理学特征的仿生芯片（微生理系统）。
脂肪组织是由脂肪细胞构成的体内结缔组织的一种。其中，白色脂肪组织在体内能量储存和维持稳态方面发挥重要作用，同时还是分泌脂肪酸和激素等多种物质的内分泌器官。
在这种白色脂肪组织中，因过度脂肪堆积而产生的肥胖，是全球致死率最高的疾病。并且，由肥胖可引发糖尿病、心血管疾病等多种并发症，也与部分癌症的发生和恶化相关。
随着全球对肥胖问题关注度的提高，能够模拟脂肪组织生理和病理学特征的模型不断被开发出来。然而，既有培养方法在诱导脂肪细胞分化为含有单一脂滴形态的脂肪团块，以及维持分化后细胞功能性方面存在困难。
进一步而言，在仿真脂肪组织微环境并再现其生理和病理学特征方面也存在局限。
在此背景下，研究团队成功开发出能够模拟肥胖脂肪组织生理和病理学特征的脂肪组织仿生芯片。
所开发的仿生芯片由上下两个微通道构成：上部微通道是在从脂肪组织分离得到的细胞外基质（ECM；extracellular matrix）为基础的水凝胶结构体中，三维培养脂肪细胞；下部微通道则与脂肪内皮细胞进行共培养。
细胞外基质在组织中以三维结构填充于各类细胞之间的空间，由细胞分泌并积累的分子构成。尤其是脂肪组织的细胞外基质在肥胖化过程中，其组成和特性会发生动态变化，从而直接或间接调控脂肪细胞的行为。
研究团队首先利用去细胞化技术，对正常及肥胖脂肪组织进行处理，制备出由细胞外基质构成的水凝胶。
形成的水凝胶保留了各组织特有的生理和病理学特征，能够精确模拟正常及肥胖脂肪组织特有的微环境，同时有助于长期维持培养的一代原代脂肪细胞的功能。
研究团队分别制作了肥胖型和正常型脂肪组织仿生芯片，并在其中再现了肥胖脂肪组织内血管内皮细胞所表现出的功能障碍。
由肥胖引起的脂肪组织内炎症反应会激活血管内皮细胞，并增加脂肪组织内免疫细胞的数量。这一病理学特征在所开发的肥胖脂肪组织仿生芯片中表现为免疫细胞黏附量约增加2倍。
研究团队还就尚未被明晰的肥胖与癌症之间的关联性开展了研究。
通过所开发的脂肪组织仿生芯片，研究人员确认，在肥胖条件下，癌细胞的迁移能力以及其在组织中的黏附量均增加约2倍。由此证明，可以以简便方式将肥胖脂肪组织与癌细胞之间的直接相互作用进行可视化和定量分析。
第一作者研究员Yoon Heejeong表示：“本研究模拟了肥胖脂肪组织的微环境。利用这一仿生芯片，可以观察因肥胖组织导致的血管内皮细胞活化、炎症、功能障碍以及与各类细胞之间的相互作用，有望用于阐明与脂肪相关的多种疾病机理，或用于肥胖治疗药物的开发等。”
本研究于2023年1月29日发表在生物材料领域国际学术期刊《Acta Biomaterialia》上。
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