人体器官由血管化的微组织构成，这些微组织对于维持器官功能有着特殊意义。开发可流通的管状仿生微支架是构建仿生工程化组织或器官芯片平台的基础性关键技术之一。近期，清华大学化学系梁琼麟教授团队在Nature Protocols发表论文，详细阐述了该团队所开发的一系列基于微流控的可流通水凝胶微管仿生结构的制备方法。

  在人体，血管系统调节着血液和组织之间的物质交换。在各个器官功能单元的中心或周围都存在着特定的血管结构，这些血管结构对于维持器官功能至关重要。例如，在肾脏中，由毛细血管团形成的肾小球起着关键的滤过屏障作用，调节着尿液的形成；在肺脏中，围绕肺泡的支化毛细血管使得吸入的空气得以与血液之间进行充分的气体交换；在肝脏中，围绕血管形成的不同营养物质分区影响着肝腺泡的功能异质性。为了满足不同器官和组织的独特生物学需求，体内血管具有不同的特殊的几何结构。血管的几何形状不仅影响物质的交换，而还影响着血流动力学参数。血管的几何结构与各种生理病理过程有关，如动脉粥样硬化斑块的形成、胎盘内血压的失调等。此外，血管结构还可影响纳米颗粒在血管壁上的黏附，从而影响药物传递的效率。为了更详细地研究这些病理生理过程，研究人员开发了多种方法来制备具有仿生血管通道和组织结构的可流通支架材料。水凝胶材料由于其亲水性、通透性和生物相容性，在模拟生理微环境方面具有天然优势，因而被广泛用于构建工程化组织。然而，在微尺度上制造具有理想仿生几何结构（特别是中空结构）的水凝胶材料非常困难。

图1. 微流控平台及可制备的各种仿生结构水凝胶微管示意图

  针对组织工程领域对微尺度可流通水凝胶支架的需求，梁琼麟教授团队开发了组合式微流控技术，用于制备多种结构的仿生可流通水凝胶微管（图1）。在该文中，他们详细描述了微流控装置的组装方法，微管制备平台的构建方法，以及各种可流通水凝胶微管的制备和表征方法。其中，微流控装置可由常见材料（例如，玻璃毛细血管、钢管和钝针；图2）在无需专业技能或设备的情况下制备完成。通过简单调整微流控装置/平台及调控流体，基于该组合式的微流控装置可制备六种类型十余种结构的仿生可流通水凝胶微管（图1）。

图2. 组合式微流控装置制造示意图

  该技术可以轻松制备多种仿生结构的可流通水凝胶微管，而且采用的条件温和的全水相微流控纺丝技术，生物相容性好，在构建仿生工程化组织或器官芯片模型方面具有广泛的应用潜力。在该文中，研究人员还结合本团队近年来的研究成果展示了该技术的代表性应用场景，包括利用该平台直接制备负载细胞（如干细胞）的水凝胶微管，作为组织工程构筑的基元材料（Sci. Rep. 2016,6, 33462），还描述了如何使用微管制备仿生血管通道（Adv. Mater. 2017, 29, 1701664；Small 2020, 16, 1902838），以及如何进行仿生血管的血流动力学测试和屏障功能测试，应用于构建3D肾小球模型（Adv. Mater. 2018, 30, 1705082；ACS Cent. Sci. 2020, 6, 903–912）等。这些成果表明，基于该组合式微流控平台制备的多样化结构水凝胶微管材料可用于实现多类型多结构复杂仿生组织的构建。

  以上成果发表在Nature Protocols上。论文的第一作者为清华大学化学系博士生谢若箫，通讯作者为清华大学化学系梁琼麟教授。

  原文链接：https://doi.org/10.1038/s41596-020-00442-9