器官芯片與工程醫(yī)學(xué)

目錄
第1章 器官芯片概述 1
1.1 器官芯片定義 1
1.2 器官芯片起源與發(fā)現(xiàn) 2
1.3 器官芯片與人體系統(tǒng) 4
1.4 器官芯片對(duì)生命科學(xué)的重要性 5
參考文獻(xiàn) 9
第2章 器官芯片材料與制備 14
2.1 芯片設(shè)計(jì) 14
2.1.1 芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
2.1.2 流體力學(xué)模擬 15
2.2 芯片材料選擇 16
2.2.1 聚二甲基硅氧烷 16
2.2.2 熱塑性塑料 17
2.2.3 水凝膠 17
2.2.4 玻璃 18
2.2.5 其他 19
2.3 芯片制備方法 19
2.3.1 軟光刻 20
2.3.2 3D打印 21
2.3.3 微注塑 21
2.3.4 化學(xué)刻蝕 22
2.3.5 其他 22
參考文獻(xiàn) 23
第3章 器官芯片的仿生策略 25
3.1 器官芯片模型構(gòu)建 25
3.1.1 芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
3.1.2 種子細(xì)胞來(lái)源 27
3.1.3 細(xì)胞基質(zhì)選擇 28
3.2 器官芯片構(gòu)建仿生要素 28
3.2.1 多細(xì)胞組成 28
3.2.2 功能組織界面 29
3.2.3 動(dòng)態(tài)細(xì)胞培養(yǎng) 30
3.2.4 生化因子梯度 31
3.2.5 生物力學(xué)因素 32
3.2.6 多器官相互作用 33
3.2.7 生物傳感集成與智能化 34
3.2.8 器官芯片功能評(píng)估 34
3.3 小結(jié) 35
參考文獻(xiàn) 35
第4章 器官芯片細(xì)胞培養(yǎng) 39
4.1 微流體細(xì)胞培養(yǎng)原理 39
4.1.1 微尺度流體行為 39
4.1.2 有效培養(yǎng)時(shí)間 40
4.1.3 臨界灌注率 42
4.2 芯片流體驅(qū)動(dòng)方式 43
4.2.1 被動(dòng)式驅(qū)動(dòng) 43
4.2.2 主動(dòng)式驅(qū)動(dòng) 44
4.3 常用細(xì)胞培養(yǎng)形式 45
4.3.1 組織界面培養(yǎng) 45
4.3.2 3D細(xì)胞球動(dòng)態(tài)培養(yǎng) 46
4.3.3 細(xì)胞共培養(yǎng) 47
參考文獻(xiàn) 47
第5章 器官芯片功能檢測(cè)手段 49
5.1 成像分析 49
5.1.1 光學(xué)顯微成像 49
5.1.2 電子顯微成像 50
5.2 生物傳感 50
5.2.1 電化學(xué)傳感 50
5.2.2 光學(xué)傳感 51
5.3 電學(xué)檢測(cè) 52
5.3.1 跨膜電阻 52
5.3.2 細(xì)胞阻抗傳感 52
5.4 質(zhì)譜檢測(cè) 53
5.5 組學(xué)分析 53
5.6 小結(jié) 54
參考文獻(xiàn) 54
第6章 器官芯片與神經(jīng)系統(tǒng)研究 57
6.1 概述 57
6.2 神經(jīng)系統(tǒng)器官芯片模型 58
6.2.1 血腦屏障（BBB）芯片 58
6.2.2 神經(jīng)血管單元（NVU）芯片 60
6.2.3 神經(jīng)組織芯片 62
6.2.4 視網(wǎng)膜芯片 62
6.3 主要應(yīng)用示例 65
6.3.1 神經(jīng)退行性疾病 65
6.3.2 神經(jīng)系統(tǒng)罕見(jiàn)病 66
6.3.3 腦卒中 67
6.3.4 感染性疾病 67
6.3.5 藥物評(píng)估 68
6.4 小結(jié) 69
參考文獻(xiàn) 69
第7章 器官芯片與呼吸系統(tǒng)研究 72
7.1 呼吸系統(tǒng)概述 72
7.2 呼吸系統(tǒng)器官芯片類型 73
7.2.1 氣道芯片 73
7.2.2 肺泡芯片 74
7.3 主要應(yīng)用領(lǐng)域 76
7.3.1 慢性阻塞性肺疾病 76
7.3.2 肺纖維化 76
7.3.3 支氣管哮喘 77
7.3.4 呼吸道感染 77
7.3.5 環(huán)境污染物暴露評(píng)估 79
7.3.6 呼吸系統(tǒng)藥物評(píng)估 80
7.4 小結(jié) 80
參考文獻(xiàn) 81
第8章 器官芯片與消化系統(tǒng)研究 84
8.1 概述 84
8.1.1 腸芯片 84
8.1.2 肝芯片 87
8.2 主要應(yīng)用示例 90
8.2.1 腸藥物吸收 90
8.2.2 炎癥性腸病 92
8.2.3 脂肪肝 92
8.2.4 病毒性肝炎 94
8.2.5 藥物肝毒性評(píng)價(jià) 94
8.2.6 肝臟再生 95
8.3 小結(jié) 96
參考文獻(xiàn) 97
第9章 器官芯片與心血管系統(tǒng)研究 102
9.1 心血管系統(tǒng)概述 102
9.2 心血管系統(tǒng)器官芯片模型 103
9.2.1 血管芯片 103
9.2.2 心肌芯片 105
9.3 主要應(yīng)用示例 109
9.3.1 血管發(fā)育與新生 109
9.3.2 動(dòng)脈粥樣硬化 109
9.3.3 急性心肌梗死 109
9.3.4 長(zhǎng)Q-T間期綜合征 110
9.3.5 心肌毒性評(píng)估 110
9.4 小結(jié) 111
參考文獻(xiàn) 111
第10章 器官芯片與泌尿系統(tǒng)研究 113
10.1 概述 113
10.2 泌尿系統(tǒng)器官芯片模型 114
10.2.1 腎小球芯片 114
10.2.2 腎小管芯片 116
10.3 主要應(yīng)用領(lǐng)域 118
10.3.1 慢性腎炎 118
10.3.2 糖尿病腎病 118
10.3.3 藥物腎毒性測(cè)試 119
10.4 小結(jié) 120
參考文獻(xiàn) 121
第11章 器官芯片與生殖系統(tǒng)研究 123
11.1 生殖系統(tǒng)概述 123
11.2 生殖系統(tǒng)器官芯片模型 124
11.2.1 子宮內(nèi)膜芯片 124
11.2.2 胎盤芯片 125
11.2.3 卵巢芯片 128
11.2.4 胚胎培養(yǎng)芯片 129
11.3 主要應(yīng)用示例 131
11.3.1 子宮內(nèi)膜異位癥 131
11.3.2 宮內(nèi)感染 131
11.3.3 藥物評(píng)估 133
11.3.4 輔助生殖研究 133
11.4 小結(jié) 134
參考文獻(xiàn) 134
第12章 器官芯片與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)研究 136
12.1 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)與功能 136
12.2 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)芯片模型 137
12.2.1 骨與關(guān)節(jié)芯片 137
12.2.2 骨骼肌芯片 138
12.3 主要應(yīng)用示例 140
12.3.1 骨關(guān)節(jié)炎 140
12.3.2 肌肉修復(fù)與再生 140
12.3.3 進(jìn)行性假肥大性肌營(yíng)養(yǎng)不良 141
12.3.4 神經(jīng)肌肉接頭研究 141
12.3.5 藥物評(píng)估 142
12.4 小結(jié) 143
參考文獻(xiàn) 143
第13章 器官芯片與免疫系統(tǒng)研究 145
13.1 免疫系統(tǒng)概述 145
13.2 免疫系統(tǒng)器官芯片模型 146
13.2.1 骨髓芯片 146
13.2.2 淋巴結(jié)芯片 148
13.2.3 皮膚芯片 149
13.3 主要應(yīng)用示例 149
13.3.1 多發(fā)性骨髓瘤 149
13.3.2 疫苗評(píng)估 150
13.3.3 糖尿病皮膚病變 150
13.3.4 化合物測(cè)試 151
13.3.5 藥物評(píng)估 151
13.4 小結(jié) 152
參考文獻(xiàn) 153
第14章 器官芯片在腫瘤研究中的應(yīng)用 155
14.1 腫瘤微環(huán)境概述 155
14.2 腫瘤芯片模型構(gòu)建 155
14.2.1 多細(xì)胞共培養(yǎng) 157
14.2.2 腫瘤血管化 157
14.2.3 力學(xué)微環(huán)境 158
14.2.4 高通量芯片分析 159
14.3 腫瘤芯片應(yīng)用研究 159
14.3.1 腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移研究 159
14.3.2 腫瘤血管化 160
14.3.3 腫瘤免疫研究 161
14.3.4 抗腫瘤藥物評(píng)價(jià) 162
14.4 小結(jié) 163
參考文獻(xiàn) 164
第15章 多器官芯片研究 166
15.1 概述 166
15.2 芯片設(shè)計(jì)與模型構(gòu)建策略 166
15.2.1 多器官體系設(shè)計(jì) 167
15.2.2 流體互聯(lián)與分配方式 167
15.2.3 器官比例關(guān)系 168
15.2.4 器官功能單元共培養(yǎng) 169
15.3 多器官芯片類型 169
15.3.1 兩器官互聯(lián)芯片 169
15.3.2 三器官及以上互聯(lián)芯片 171
15.4 主要應(yīng)用示例 172
15.4.1 代謝性疾病 172
15.4.2 神經(jīng)退行性疾病 172
15.4.3 感染性疾病 173
15.4.4 藥物評(píng)估 173
15.5 小結(jié) 175
參考文獻(xiàn) 176
第16章 器官芯片在類器官研究中的應(yīng)用 178
16.1 概述 178
16.2 主要技術(shù)特點(diǎn) 179
16.2.1 可控微環(huán)境 179
16.2.2 類器官血管化和免疫化 181
16.2.3 類器官高通量分析 182
16.2.4 類器官間相互作用研究 183
16.3 主要應(yīng)用 183
16.3.1 組織器官發(fā)育 183
16.3.2 生命早期環(huán)境暴露 184
16.3.3 疾病建模 185
16.3.4 藥物評(píng)估 186
16.4 小結(jié) 186
參考文獻(xiàn) 187
第17章 器官芯片在替代毒理學(xué)研究中的應(yīng)用 193
17.1 概述 193
17.2 替代毒理學(xué)新途徑技術(shù)方法 194
17.2.1 3D細(xì)胞模型 194
17.2.2 類器官 194
17.2.3 器官芯片 194
17.2.4 計(jì)算毒理學(xué)方法 195
17.2.5 組學(xué)測(cè)試技術(shù) 195
17.2.6 整合測(cè)試策略 196
17.3 器官芯片在替代毒理學(xué)中的主要應(yīng)用 197
17.3.1 藥物毒性測(cè)試 197
17.3.2 藥代動(dòng)力學(xué)建模 198
17.3.3 安全性評(píng)價(jià) 198
17.4 小結(jié) 199
參考文獻(xiàn) 200