微流控芯片在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用與展望

趙晨羽，陳峰

浙江工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，浙江 杭州 310032

中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS) 是人體神經(jīng)系統(tǒng)的主要組成部分，其可以接受全身各處的傳入信息，這些信息經(jīng)過CNS加工整合后成傳出，或者儲存在CNS內(nèi)成為記憶、學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。CNS包括了軸突和樹突連接的各種細胞，具有高度的封閉性和片層結(jié)構(gòu)。在過去的研究中，動物模型通常被用于腦部結(jié)構(gòu)及其相關(guān)疾病的模擬，但是這種方法價格昂貴、效率低、實驗復(fù)雜以及耗時多，嚴(yán)重限制了神經(jīng)疾病研究的發(fā)展。近年來，利用微流控芯片技術(shù)已經(jīng)能夠在體外很好地模擬CNS，進而讓我們對CNS以及神經(jīng)疾病的研究有了更深入的了解。

1 微流控芯片技術(shù)簡介

微流控芯片是2011年前后發(fā)展起來的只有幾個平方厘米大小的有微米級通道和隔室的生物芯片，具有化學(xué)和生物實驗室的功能，可以進行樣品的制備和分離、細胞的培養(yǎng)和檢測等，是一種能夠快速準(zhǔn)確完成分析全過程的新興技術(shù)，其中涉及表面化學(xué)、電化學(xué)、微加工等多學(xué)科領(lǐng)域[1-2]。特別是隨著微加工技術(shù)的不斷進步，加快了微流控芯片內(nèi)多功能組件 (如微閥、微泵、微型混合器、微電極陣列等) 的集成，更好地體現(xiàn)了其高效、節(jié)約、便于連續(xù)操作、仿生特性等特點[3-6]，使其在細胞培養(yǎng)研究、樣品分析，模擬體內(nèi)器官的組織結(jié)構(gòu)、微環(huán)境和機械力，實現(xiàn)類器官機能方面展現(xiàn)了突出的優(yōu)勢[7-9]。

神經(jīng)科學(xué)包括腦科學(xué)、神經(jīng)病理學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等領(lǐng)域，涉及電生理、結(jié)構(gòu)學(xué)和行為學(xué)等諸多研究。目前主要的研究手段是體外常規(guī)細胞培養(yǎng)和動物實驗，其中常規(guī)細胞培養(yǎng)難以體現(xiàn)神經(jīng)細胞間的相互聯(lián)系，而動物實驗成本高、耗時長、實驗誤差大。微流控芯片與傳統(tǒng)研究手段相比有著明顯的優(yōu)勢[10]：1) 支持流體的持續(xù)流動和交換，通過層流在微通道或凹槽陣列制造濃度梯度為細胞提供分層刺激，模擬正常體內(nèi)的動態(tài)微環(huán)境；2) 微流控芯片的小體積使得在制備和檢測時只需要很小的用量，大大降低了成本；3) 傳統(tǒng)方法檢測繁瑣，微流控芯片可快速反應(yīng)，提升了實驗的效率。因此，自該項技術(shù)產(chǎn)生以來受到極大關(guān)注，發(fā)展迅速。本文主要闡述了微流控芯片在CNS的基本技術(shù)和在CNS中的應(yīng)用，并對微流控芯片在未來的研究進行了展望。

2 微流控芯片在中樞神經(jīng)系統(tǒng)基本技術(shù)

CNS內(nèi)有各種神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞、小膠質(zhì)細胞以及其它支持細胞，它們通過遷移、分化、突觸形成和交聯(lián)，構(gòu)建復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)腦功能。模擬CNS的微流控芯片是依據(jù)腦生理結(jié)構(gòu)與機能設(shè)計的高通量檢測平臺，在腦病理學(xué)的研究具有以下幾個優(yōu)點：靈活控制微環(huán)境、單細胞處理、實時分析、共培養(yǎng)、分室培養(yǎng)、灌注培養(yǎng)和長期培養(yǎng)等。微流控芯片在CNS的基本技術(shù)可以分為對細胞的控制、軸突可視化、細胞共培養(yǎng)、定向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、大腦切片技術(shù)、微電極陣列(MEA)技術(shù)等。

本課題組致力于通過體外圖案化培養(yǎng)神經(jīng)細胞、模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以研究神經(jīng)細胞的功能和行為。研究證明，微圖案的優(yōu)化設(shè)計對于構(gòu)建神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和保持功能特性是必要的，不同的材料，比如尺寸、形狀、接觸表面的粗糙度等，都會對神經(jīng)突伸長率和神經(jīng)元極化產(chǎn)生顯著的影響。選擇新的聚合物或者開發(fā)新的微圖案制備方法尤為重要，常用的方法是微流體印刷術(shù)，即在軟光刻技術(shù)制成的微圖案化 (通常為條紋或網(wǎng)格) 芯片上涂布聚合物培養(yǎng)神經(jīng)細胞構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，合適的聚合物還有望實現(xiàn)神經(jīng)元與電子元件的通訊聯(lián)系，但這種方法受到聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 材料印章的縱橫比限制，且很難排除細胞密度變化導(dǎo)致的細胞自身分泌因子濃度變化等因素的干擾。目前更復(fù)雜的微圖案是通過用于細胞粘附的粘合點互連的條紋構(gòu)建而成，已被廣泛用于產(chǎn)生體外組織的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，還可以對形成的成熟神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進行單通道電流記錄，以驗證其在數(shù)周內(nèi)的生理特性。

2.1 微平臺上中樞神經(jīng)細胞的控制

微流控平臺已經(jīng)成為目前模擬中樞神經(jīng)內(nèi)環(huán)境的重要手段，其可以通過限制細胞運動和利用通道產(chǎn)生的化學(xué)濃度梯度對神經(jīng)元進行適當(dāng)?shù)目刂芠11-12]?？刂萍毎壤湍７录毎饣|(zhì)對模擬不同CNS疾病的體內(nèi)環(huán)境至關(guān)重要，不同細胞的比例可以模擬體內(nèi)正?；虍惓顟B(tài)，這可能產(chǎn)生不同的疾病模型。在細胞培養(yǎng)方面，水凝膠的多孔特性使代謝物質(zhì)能夠在其中進行一定程度的擴散和交流，與微流體通道結(jié)合可以造成具有化學(xué)濃度梯度的局部微環(huán)境，誘導(dǎo)細胞發(fā)生不同程度的生長與分化。在芯片處理方面，微流控技術(shù)通過不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和化學(xué)修飾對細胞進行控制從而模擬細胞外基質(zhì)和組織結(jié)構(gòu)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制包括光刻技術(shù)、印章印刷技術(shù)、激光燒蝕和3D打印等，化學(xué)方法可以使用聚賴氨酸、聚乙二醇、清蛋白等對芯片進行表面修飾控制細胞粘附和生長[13]。

2.2 可視化與量化軸突神經(jīng)

CNS神經(jīng)元軸突損傷創(chuàng)傷對神經(jīng)退行性疾病的病因和CNS損傷至關(guān)重要。動物模型由于涉及多個參數(shù)以至于不能夠?qū)S突的損壞或再生進行實時的監(jiān)控[14]，目前的研究還無法區(qū)分正常和損傷后再生神經(jīng)元的不同生長形式，并且缺乏以精確控制的方式誘導(dǎo)軸突損傷的合適方法。多室神經(jīng)培養(yǎng)芯片是將微加工和微流控相結(jié)合產(chǎn)生的，具有由微通道相互連接的多個獨立的細胞培養(yǎng)室，能夠可視化引導(dǎo)軸突生長、分離軸突和量化神經(jīng)元[15-17]。Kilic等[18]構(gòu)建了一種新型的微流控芯片，該芯片可以重建神經(jīng)細胞組織，大大減小了體內(nèi)和體外模擬的差距，在該裝置內(nèi)神經(jīng)元成功表達了軸突標(biāo)志物絲原蛋白和微管蛋白，證明了該裝置在成熟神經(jīng)元中具有相當(dāng)高的兼容性。Park等[19]研制出一種將神經(jīng)元胞體與其軸突分隔的微流控芯片，該芯片阻止細胞體離開環(huán)形中央室，但允許軸突沿微通道生長進入軸突隔室，這種設(shè)計使得軸突成功分離，并能繼續(xù)物理引導(dǎo)軸突直線生長，通過圖像處理算法得到軸突的生長情況 (圖1A)。

2.3 中樞神經(jīng)細胞的共培養(yǎng)

由于CNS內(nèi)細胞種類多，細胞間相互作用、相互支持，細胞的共培養(yǎng)技術(shù)在更好地模擬體外環(huán)境中發(fā)揮著重要的作用。傳統(tǒng)的共培養(yǎng)方式耗時費力，且不便于后期觀察與檢測。分室微流體芯片可以進行多種細胞類型的共培養(yǎng)以及在同一平臺中使用多種培養(yǎng)基和提供不同的生化刺激。在微流控芯片中，共培養(yǎng)主要有3種方式：在微芯片中的凹槽陣列中接種細胞形成細胞球狀體；在多孔膜的正反兩面接種不同類型細胞構(gòu)成細胞插入物；在水凝膠中接種不同類型細胞或交聯(lián)接種了不同類型細胞的水凝膠[20-22]。

Adriani等[23]利用人臍靜脈內(nèi)皮細胞(HUVEC)與原代大鼠星形膠質(zhì)細胞，建立了三維共培養(yǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括了完整的血腦屏障和緊密的細胞間連接的內(nèi)皮單層，運用不同分子量的熒光法測定了血腦屏障的選擇性通透性，并通過鈣成像顯示了神經(jīng)元的功能，該實驗證實了膠質(zhì)細胞能夠提供必要的營養(yǎng)物質(zhì)進而使神經(jīng)元存活 (圖1B)。Shi等[24]在神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞共培養(yǎng)實驗中，發(fā)現(xiàn)了其產(chǎn)物可溶性因子的水平高于單個神經(jīng)元或膠質(zhì)細胞培養(yǎng)所分泌的可溶性因子水平，這表明神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞相互作用可以調(diào)節(jié)突觸細胞的功能。Aebersold等[25]研究發(fā)現(xiàn)，星形膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元共培養(yǎng)可以改善低神經(jīng)元細胞密度下形成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的存活率，這個發(fā)現(xiàn)可以改善體外測定神經(jīng)元功能的質(zhì)量。

圖1 關(guān)于CNS的微流體平臺Fig.1 The microfluidic platform of CNS.(A) Schematic illustrations of the quantitative axon growth analysis microchip[19].(B) Scheme of the neurovascular chip[22].(C)Schematic illustrations of the microfluidic device that allows oxygen supply[29].a: standard perfusion chamber; b:exploded view of the microfluidic device; c: picture showing the completed device.

2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方向性

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有一定的方向性，這可以使CNS快速地收集和處理信息。為了更好地理解神經(jīng)元如何處理信息，保持大腦回路的復(fù)雜組織至關(guān)重要。近年來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方向性通常依靠微圖案化和微通道實現(xiàn)。Gladkov等[26]研發(fā)的集成MEA的微流控芯片可以誘導(dǎo)神經(jīng)元定向形成類似于腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將原代海馬神經(jīng)元接種在由特定形狀微通道連接的微室中，通過分析比較通道中神經(jīng)突的生長情況與形狀，最終確定了微通道的最佳幾何形狀特征，得到的穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)可用于長期研究各種條件下的突觸可塑性。Ortega等[27]應(yīng)用計算神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方向性優(yōu)化微流控芯片上受體-配體相互作用的熒光信號，驗證了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方向的有效性。Peyrin等[28]在微流控芯片上添加了一個軸突二極管，其涉及的不對稱微通道可以使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有方向性，在接種了原代神經(jīng)元培養(yǎng)物后發(fā)現(xiàn)了皮質(zhì)軸突紋狀體的分化和神經(jīng)系統(tǒng)的同步協(xié)作。軸突二極管的應(yīng)用促進了微流控芯片的神經(jīng)方向性研究，能夠更好地構(gòu)建體外CNS，為神經(jīng)性疾病的機理研究提供了基礎(chǔ)。

2.5 腦切片微流體

體外培養(yǎng)的腦切片長期以來被廣泛用于研究腦發(fā)育，電生理學(xué)，神經(jīng)變性和神經(jīng)保護。微流體技術(shù)可以精確控制大腦特定區(qū)域的微環(huán)境，從而提高了腦切片的滲透。Liu等[29]開發(fā)了一種新型灌注式液滴微流體裝置，該裝置可用于大腦切片的長期培養(yǎng)，將海馬組織切片放入PDMS膜切成的孔中，控制孔內(nèi)的液位水平，使得每一層都形成一個液滴，液滴可以通過微通道與培養(yǎng)基相連接，這樣的海馬切片在體外至少可以維持9 d。Mauleon等[30]開發(fā)了一種微流控平臺，通過灌注腔將氧氣擴散到整個PDMS薄膜，進而擴散到下方的大腦切片中。微通道能夠快速有效地控制氧氣的進出，使切片的不同區(qū)域能夠處于不同的氧氣條件(圖1C)。使用該設(shè)備，可以在整個大腦切片中獲得一個穩(wěn)定的、均勻的氧氣環(huán)境，同時可以測量不同區(qū)域?qū)τ谘鯊埩Φ捻憫?yīng)，更加完整地模擬了CNS的結(jié)構(gòu)，為中風(fēng)疾病的研究提供了借鑒作用。

2.6 微電極陣列上的神經(jīng)元活動

近年來，微電極陣列技術(shù) (MEA) 逐漸應(yīng)用于監(jiān)測神經(jīng)細胞網(wǎng)絡(luò)的電路活動。由于MEA不僅能夠原位監(jiān)測細胞電信號，還能夠進行電刺激，被看作應(yīng)用于模擬CNS的微流控芯片的理想工具。Kang等[31]應(yīng)用MEA技術(shù)在微孔中涂抹細胞粘附層，然后用細胞排斥層 (瓊脂糖水凝膠) 對細胞粘附區(qū)和神經(jīng)元微電路隔離，在瓊脂糖微孔環(huán)境下，以細胞外活動電位為特征培養(yǎng)初級海馬神經(jīng)元，該方法的提出促進了神經(jīng)生物學(xué)功能分析的研究和神經(jīng)生物傳感器領(lǐng)域的發(fā)展。Kreir等[32]利用MEA技術(shù)在體外培養(yǎng)小鼠神經(jīng)元細胞，證明了在體外運用MEA技術(shù)培養(yǎng)小鼠神經(jīng)元優(yōu)于直接監(jiān)測小鼠體內(nèi)的神經(jīng)元細胞，此外，還證明了MEA的技術(shù)可以用于檢測潛在藥物誘發(fā)的神經(jīng)中樞系統(tǒng)疾病。

3 微流控芯片在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用

中樞神經(jīng)疾病不僅是神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞的功能障礙或破壞，而且受細胞微環(huán)境和各種細胞類型 (神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細胞、內(nèi)皮細胞、周細胞和骨骼肌細胞) 之間的相互作用影響[33]。神經(jīng)退行性疾病的CNS模型一般都包含微通道和微室。微通道通常用于指導(dǎo)神經(jīng)突生長、提供可控介質(zhì)和生化刺激，微室通常用于較長時間的細胞培養(yǎng)。利用微流控芯片技術(shù)模擬中樞神經(jīng)性疾病，可以更好地揭示神經(jīng)退行性疾病的分子機制，提供疾病的解決方案。

3.1 阿爾茨海默病

阿爾茨海默病(AD)是CNS小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞介導(dǎo)的炎癥，其致病原因可能是β-淀粉樣蛋白(Aβ)斑塊的形成、tau蛋白的延長和神經(jīng)原纖維纏結(jié)[34-35]。通過Aβ或tau蛋白在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的傳播和軸突間的轉(zhuǎn)移、Aβ和tau蛋白毒性暴露、研究膠質(zhì)細胞功能和神經(jīng)突觸功能來建立AD模型[36-38]。Park等[39]將神經(jīng)球裝載于帶有凹槽的微通道，再以微滲透泵驅(qū)動低流速灌流培養(yǎng)液，這種微流控腦芯片模擬了腦內(nèi)的間質(zhì)流，可用于分析灌注Aβ對于網(wǎng)狀神經(jīng)球的作用。最近的一些研究還模擬了AD發(fā)生過程小膠質(zhì)細胞在Aβ斑塊附近累積的機制，并且證明了Aβ通過神經(jīng)元的連接傳播[40-41]。在含有微通道的微流控裝置中，可以觀察到對照組tau蛋白在神經(jīng)細胞間的擴散以及tau蛋白的高磷酸化[42]。Kunze等[43]利用岡田酸的濃度梯度，控制連接的神經(jīng)元細胞區(qū)室之間的兩種不同磷酸化狀態(tài)，創(chuàng)建了一個共培養(yǎng)健康和患病組織的AD模型。

3.2 帕金森病模型

帕金森病(PD)的特征在于黑質(zhì)中多巴胺能神經(jīng)元的喪失以及細胞內(nèi)蛋白質(zhì)比如α-Syn聚集體(路易體) 的異常聚集[44-45]。除了傳統(tǒng)的分離培養(yǎng)系統(tǒng)，α-Syn的聚集以及其對軸突-神經(jīng)膠質(zhì)細胞相互作用的研究也是必需的。Lu等[46]研發(fā)的微平臺利用平行的微通道陣列實現(xiàn)了軸突與體細胞的流體分離，可以用于監(jiān)測單個多巴胺能軸突的線粒體運轉(zhuǎn)。通過這種培養(yǎng)系統(tǒng)可以更好地了解軸突變性的機制。Fernandes等[47]發(fā)現(xiàn)α-Syn纖維被神經(jīng)元內(nèi)化并沿著軸突運輸，具有微槽的微流控平臺提供了α-Syn原纖維存在下的原代神經(jīng)元的培養(yǎng)模型，同時允許細胞通過擴散或灌注進行通信，為研究PD和其他神經(jīng)退行性疾病所涉及的分子機制提供了新的機會。

3.3 多發(fā)性硬化

多發(fā)性硬化(MS)是指持續(xù)時間短暫、可被特殊因素誘發(fā)的感覺或運動異常，是一種以 CNS白質(zhì)炎癥性脫髓鞘病變?yōu)橹饕攸c的免疫介導(dǎo)性疾病。周瑜等[48]通過高通量蛋白質(zhì)芯片技術(shù)檢測與對照組分析比對，共篩出MS患者血清27種自身抗體，該結(jié)果可以較為有效地篩選出MS血清中自身抗體的靶抗原，為進一步驗證MS相關(guān)自身抗體的功能及作用機制奠定了基礎(chǔ)。Hosmane等[49]通過微流控軸突-小膠質(zhì)細胞共培養(yǎng)平臺發(fā)現(xiàn)了軸突變性導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞內(nèi)1型干擾素基因的誘導(dǎo)，證實了Toll樣受體在退化軸突的小膠質(zhì)細胞清除中起重要作用。到目前為止，MS治療方法只集中于緩和并且效果有限，微流控平臺通過實時監(jiān)控疾病微環(huán)境，為該疾病提供更好的解決方案。

3.4 偏頭痛

皮層擴散性抑制(CSD)被認(rèn)為是偏頭痛發(fā)生的重要機制，它是神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞繼于生物電活動抑制后產(chǎn)生的可向鄰近區(qū)傳播的去極化波，該信號主要發(fā)生在視皮層。當(dāng)化學(xué)刺激被聚焦時，信號可以更準(zhǔn)確地通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳遞給周圍的神經(jīng)元。Tang等[50]研發(fā)的新型CSD模型微流體裝置可以同時注射和抽出流體，具有通過局部控制以精確刺激腦切片的能力，通過微流控平臺局部遞送氯化鉀溶液進而誘導(dǎo)CSD，可有效進行CSD建模和藥物篩選。在先前的研究基礎(chǔ)上，Tang等[51]通過改變細胞外鉀離子濃度以及暴露于鉀離子的區(qū)域以確定引發(fā)CSD所需的最小條件，這表明了在偏頭痛先兆以及腦外傷相關(guān)的條件下，CSD可以是誘導(dǎo)型的。

3.5 腦彌漫性軸索損傷

腦彌漫性軸索損傷 (DAI) 是指頭部受到外傷作用后以軸索損傷為主要改變的一種原發(fā)性腦實質(zhì)損傷，其特點是軸突腫脹、分離，并且有多個球體出現(xiàn)單個軸突。適當(dāng)?shù)闹委煑l件需要精確的模型來模擬實際情況，微流控平臺可以通過一些機械方法模擬這種CNS的損傷[50-51]。Siddique等[52]開發(fā)了一種支持脊髓和周圍神經(jīng)共培養(yǎng)的微流控平臺，用于研究生長因子對機械損傷后軸突再生的影響，同時允許研究人員在仿生3D環(huán)境中手動誘導(dǎo)神經(jīng)損傷并對軸突部分進行分離治療，這提供了在體外進行神經(jīng)修復(fù)的可能性。

3.6 癲癇病

癲癇是一種以過度同步神經(jīng)活動為特征的疾病。目前可用的抗癲癇藥物需要連續(xù)給藥以抑制癲癇發(fā)作，并且臨床上沒有可用于預(yù)防癲癇發(fā)作的療法。微流控芯片的出現(xiàn)為了解癲癇發(fā)生中的復(fù)雜信號通路和高通量篩選抗癲癇藥物鋪平了道路。一般來說，MEA由于可以高靈敏度記錄，腦切片能夠局部誘導(dǎo)或抑制特定區(qū)域中神經(jīng)元的活動，兼容了MEA與腦切片技術(shù)的器官型海馬切片培養(yǎng)物已越來越多地用做創(chuàng)傷后癲癇的體外模型。為了明確額葉癲癇發(fā)作的發(fā)生時間，Chang等[55]在丘腦-前扣帶皮層 (ACC) 切片中通過MEA記錄了癲癇活動隨時間的變化，發(fā)現(xiàn)丘腦輸入對于調(diào)節(jié)ACC癲癇活動的持續(xù)時間和腦皮層中發(fā)作部位的深度有著直接的影響。

4 總結(jié)與展望

本文總結(jié)了微流控芯片在CNS的基本技術(shù)和在CNS疾病中的應(yīng)用。微流控技術(shù)是一門交叉技術(shù)，需要多學(xué)科共同協(xié)作。腦是高度復(fù)雜的組織器官，現(xiàn)有的微流控芯片對于更為復(fù)雜的腦機能還少有研究。芯片缺少對腦組織細胞微環(huán)境的精細模擬，也缺少對細胞生理生化指標(biāo)的高通量快速檢測手段。芯片質(zhì)量的穩(wěn)定性、可重復(fù)性，以及價格因素都還有大量的工作有待完成?？紤]到人類和動物模型之間的代謝和生理差異，CNS疾病模型的最終目標(biāo)是模擬患者來源細胞的特定疾病，并將其作為篩選工具以尋找個性化醫(yī)療，最小化生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中臨床前和臨床研究之間的差距。

隨著3D結(jié)構(gòu)微平臺和個性化CNS疾病模型的不斷發(fā)展，可以通過3D打印、軟光刻、光蝕技術(shù)等手段來更精確地模擬組織器官[56]。微流控芯片也可以與快速興起的誘導(dǎo)多能干細胞技術(shù)結(jié)合，理論上能夠重建一個可能與患者遺傳特征相匹配的小型多器官芯片，這些將為醫(yī)學(xué)研究提供巨大的貢獻。