将静态屏障组织模型转化为动态微生理系统

我们正在开发可模拟人体屏障组织的模块化微生理系统。我们的系统具有独特性，因为它可以从静态开放式培养孔板重新配置为增强流动的系统。这种灵活性使得该平台能够同时应用于以生物科学和工程学为重点的实验室。

我们提出了一种用于构建可重构开放式培养井平台的实验方案，该平台支持增强型流动培养及生活方式成像，且与常规生物科学实验流程兼容。我们的可重构设计允许用户在实验过程中自由切换开放式培养井模式与微流控模式，从而能够以自己熟悉的操作形式完成各个实验步骤。

首先制备用于核心模块孔的图案化掩模。具体操作为，根据所需设计激光切割丙烯酸板，形成如屏幕所示的腔阵列。然后，移除固定在板上的压敏胶（PSA）薄膜的保护层。

将亚克力板固定到模具上。接着，按照10:1的基础剂与固化剂比例，充分混合聚二甲基硅氧烷（PDMS）预聚物。将混合物置于真空室中脱气，直至可见气泡完全去除。

用平边工具一边刮平，一边缓慢将脱气后的PDMS倒入模具型腔中。将带有PDMS的模具置于加热板上，在70°C下固化1小时。随后冷却至室温。

然后使用平头镊子从模具型腔中取出模板。为了制备流动模块，使用激光切割丙烯酸板，形成如屏幕上所示的三叶形型腔阵列。移除固定在激光切割板上的压敏胶膜（PSA膜）的保护层，并通过对齐三角形对准标记，将该板贴附到硅胶模具上。

将脱气后的PDMS缓慢倒入模具型腔中，并用平整边缘刮平。将模具置于加热板上，在70摄氏度下烘烤PDMS一小时。待模具冷却至室温。

使用平头镊子小心地从模具型腔中取出流体模块。将流体模块方向调整为微通道结构面向上方。借助活检打孔器，在通道末端创建核心入口和出口孔。

使用激光切割机将一块2毫米厚的丙烯酸板切割成上部外壳，外壳上留有用于插入磁铁的孔。同样，将丙烯酸板激光切割成带有磁铁插入孔的下部外壳。去除板材上的PSA保护层后，将下部外壳粘附到玻璃盖玻片上。

将直径为4.75毫米的镀镍钕磁铁压入外壳的激光切割孔中。开放式的井状核心模块嵌入由下部外壳和盖玻片形成的特定腔体内。随后，包含微通道和进出液口的流体模块被安装到核心模块的井孔中。

通过下部和上部外壳中嵌入的磁铁，将流体模块牢固地密封在膜的硅支撑层上。可拆卸的模板设计为可嵌入核心模块的开放孔中，并为细胞提供特定窗口，使其优先沉降在膜表面。首先，在室温下用每平方厘米5微克的纤连蛋白溶液孵育组装好的可重构细胞培养平台的膜表面1小时，以促进细胞贴附。

然后使用P200移液器吸取包被溶液。将图案化掩膜置于核心模块的孔中。向孔和装置的底部通道加入细胞培养基。

将人脐静脉内皮细胞接种至孔板中。将装置放入培养皿内。在培养皿中加入含有去离子水的15毫升锥形管盖，以维持局部湿度。

将培养皿装置转移至培养箱中。若需在流动条件下培养细胞，请将平台从开放培养孔重新配置为微流控模式。具体操作为：用内皮细胞生长培养基填充储液池和管路。

将下部外壳放置在样品台上。将开放式微孔核心模块插入下部外壳中。然后移除模板，吸出模块微孔中的细胞培养基，并将流体模块放入微孔中。

接下来，将上部外壳放置到位，以密封核心模块孔中的流体模块。将进样和出样分配尖端连接到流体模块的端口。启动蠕动泵，使流体进入系统。

当达到所需的剪切流暴露时间后，停止泵。移除进样口和出样口的分配尖端，然后取下上部壳体。

使用镊子小心地从孔中取出流室模块。最后，在进行所需的检测之前，向孔中加入 100 µL 细胞培养基。在流动条件下培养的细胞沿流动方向排列，而在无流动条件下培养的细胞则保持随机取向。

细胞暴露于剪切应力可导致Kruppel样因子2和内皮型一氧化氮合酶的上调，二者在维持血管健康中发挥关键作用。