微流控技術是一種通過微小的通道和微型裝置對流體進行精確操控和分析的技術。它是現(xiàn)代醫(yī)學技術發(fā)展過程中的一種重要的生物醫(yī)學工程技術，具有廣泛的應用前景和重要性。它在高通量分析、個性化醫(yī)療、細胞篩選等方面有著巨大的潛力，Aigtek安泰電子今天就將為大家分享一篇微流控領域研究成果，一起接著往下看吧~

　　中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)內(nèi)的人類神經(jīng)回路由具有不同生物物理和功能特征的興奮性/抑制性神經(jīng)元細胞形成。鑒于神經(jīng)回路的復雜性，繪制大腦的解剖和功能特征對于神經(jīng)生物學家來說仍然是一項具有挑戰(zhàn)性的任務。微流體技術和微制造技術已被廣泛用于開發(fā)具有集成神經(jīng)細胞大小的微通道的復雜裝置。此外，許多微流體裝置也與光學和電生理學工具兼容，使得單個神經(jīng)元能夠被監(jiān)測、操縱和檢查。近日，來自德國波恩大學的VolkerBusskamp團隊回顧了利用微流體的力量進行自下而上生成神經(jīng)元細胞類型以及組裝和分析神經(jīng)回路的生物醫(yī)學工程方法。作者以先進的微流體平臺為特色，用于分選、分類、描繪和工程化神經(jīng)細胞，以及用于構建神經(jīng)回路；涵蓋了描述通過微流體裝置中的小生境樣隔室工程的神經(jīng)元細胞的重編程、分化和受控極化的研究。最后，作者回顧了最近通過模擬體內(nèi)大腦中發(fā)現(xiàn)的那些來圖案化、結構化和工程化有序/定向2D和3D神經(jīng)回路的方法(圖1)。相關論文“Microfluidics for Neuronal Cell and Circuit Engineering”于2022年9月7日發(fā)表于期刊《Chemical Reviews》上。

　　首先，作者介紹了不同的微流控細胞分選策略。例如，通過使用粘彈性調(diào)諧和調(diào)節(jié)微通道中的液體流速，已經(jīng)分離出來自大鼠脊髓的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞(圖2a)。利用慣性微流體平臺在蛇形通道中分離分離的初級神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞(圖2b)。具有螺旋形通道的慣性微流體也已用于從大細胞群中分離神經(jīng)元細胞(圖2c)。除了利用流體流動來分離細胞的基于流體動力學的細胞分選方法之外，基于電泳和聲學電泳的方法也已經(jīng)在微流體平臺(圖2d-e)。此外，用于表征紅細胞可變形性的細胞計量策略可以擴展到對僵硬細胞如神經(jīng)元或視網(wǎng)膜光感受器(圖2f)。微流體平臺也可用于根據(jù)細胞對刺激的功能反應來分選細胞(圖2)。

　　圖2不同的微流控細胞分選策略

　　之后，作者總結了基于微流體的概念對scRNA測序的貢獻。對于單細胞轉(zhuǎn)錄組分析，第一步是在微升或納升反應體積中分離單個細胞。后者主要通過使用FACS、基于閥門或液滴的微流體系統(tǒng)或微流體控制的高密度微孔板來實現(xiàn)（圖3）。先進的多模式微流體平臺正試圖在scRNA-Seq實驗中納入評估生理異質(zhì)性的選項：可以根據(jù)細胞的分子特征，或根據(jù)其生理特性繪制細胞圖。

　　圖3基于微流體的概念對scRNA測序的貢獻

　　然后，作者介紹了利用微流控梯度發(fā)生器構建神經(jīng)元細胞生態(tài)位的相關工作。研究揭示通過使用較小尺寸的微通道來縮小細胞環(huán)境增加了神經(jīng)元干細胞的分化速率，表明新鮮培養(yǎng)基的連續(xù)供應對于神經(jīng)元干細胞的維持是至關重要的。目前，微流體已被研究用于促使未分化的神經(jīng)突變成樹突，同時也阻止軸突分化和生長；提高軸突導向效率；測試軸突對淺和陡引誘物梯度的反應；引導軸突錐體生長。此外，還可以利用微流體裝置來同時提供連續(xù)和不連續(xù)的化學梯度，或者將它們與物理線索如表面圖案和結構相結合，以提供更真實的體內(nèi)微環(huán)境模型（圖4）。

　　圖4利用微流控梯度發(fā)生器構建神經(jīng)元細胞生態(tài)位

　　最后，作者梳理了微流控器件中神經(jīng)元回路工程的主要方法。主要包括用于軸突導向的微流體裝置、用于神經(jīng)突分離和功能評估的微流體裝置和用于分離樹突和突觸的微流體裝置（圖5a-d）。有關“具有受控連接模式的工程2D神經(jīng)元電路（圖5e-h）和微流控器件中的三維神經(jīng)網(wǎng)絡工程（圖6）”的相關工作也進行了簡要總結。

　　圖5微流控器件中神經(jīng)元回路工程的主要方法

　　圖6微流控器件中三維神經(jīng)元回路的構建

　　ATA-2161高壓放大器

　　帶寬：（-3dB）DC~150kHz

　　電壓：1600Vp-p（±800Vp）

　　電流：40mAp

　　功率：32Wp

　　壓擺率：≥534V/μs

　　可程控

　　微流體技術的進步使我們能夠加深對細胞和組織的組織和功能的理解，最終為更準確地在體外模擬神經(jīng)退行性和發(fā)育性疾病以及開發(fā)先進的細胞替代療法提供關鍵信息。將微流體裝置與多種技術相結合的可能性，將它們用于經(jīng)典2D培養(yǎng)以及復雜的3D系統(tǒng)的可能性，使它們成為研究健康和疾病中CNS組件和模塊的內(nèi)部工作的非常有價值的工具?？紤]到微流體平臺在分類、整理和工程化神經(jīng)元細胞以及簡單或復雜的神經(jīng)元回路和組織方面的優(yōu)勢，很難低估其作為研究各種中樞神經(jīng)系統(tǒng)過程的實驗平臺的價值。

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