设备应用背景：

骨关节炎 （OA） 是一种复杂的疾病，其中有许多因素起作用。因此，开发一种改善疾病的治疗方法具有挑战性，并且尚未产生临床可用的治疗方法。潜在的治疗方法通常在体外和动物模型中显示出成功，但在临床试验中却失败了。这主要是因为目前使用的疾病模型，无论是体外模型还是动物模型，都有几个缺点，不能准确模拟人类疾病的复杂性。人源化器官芯片平台可以缩小这一差距，以改善药物筛选。

在系统中，人软骨细胞在琼脂糖水凝胶中培养，并可通过加压气室进行机械应力加载。通过这种方式，可以在芯片上模拟运动过程中软骨层的负载。为了模拟 OA 中的软骨，重要的是将 OA 的炎症特性纳入该平台，例如通过用促炎细胞因子（如 IL-1b）刺激软骨细胞来模拟 OA 样环境。

方法：软骨芯片装置使用两个 PDMS 层制备，其中掺入一个矩形培养室，用于琼脂糖水凝胶和软骨细胞，参见图 1。在腔室的一侧是一个驱动室，由一层薄薄的 PDMS 膜隔开。腔室的另一侧是用于提供培养基的灌注通道，该通道通过一系列柱子与水凝胶分离。人软骨细胞在静态条件下在琼脂糖水凝胶中培养 7 天，然后用机械负载和/或 IL-1b （10 ng/ml） 刺激 5 天。每天以 1 Hz 的速度施加 300 mbar 的机械负载，持续 1 小时，模拟正常的步行模式。每天收集条件培养基进行酶谱分析，以检测 proMMP9 和活化 MMP9 的表达。14 天后，固定水凝胶，通过免疫荧光染色和共聚焦图像测量胶原蛋白 I 和 II 的表达量，并使用 ImageJ 进行分析和定量。

结果：刺激 5 天后，结果表明 proMMP9 的水平在机械刺激下降低，但在 IL-1b 刺激下升高（图 2）。IL-1b 增加了 proMMP9 向活性 MMP9 的转化，IL-1b 和机械刺激的结合进一步增加了这种表达。胶原蛋白 I 水平在 IL-1b 刺激后显示大幅增加，在 IL-1b 和机械负荷联合刺激后进一步增加。令人惊讶的是，IL-1b 刺激增加了 2 型胶原蛋白的表达，而机械刺激减轻了这种表达。

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销售欧美进口得一能够在显微镜下监测细胞的同时提供机械刺激的多功能器官芯片，用于开发体外模型以研究类风湿和骨关节炎等。模仿膝关节等人类关节的技术，以建立骨关节炎等疾病的治疗方法。

机械应力刺激

不是刺激单个软骨细胞或聚集体，而是设计有更大的腔室来容纳组织块。从外植的软骨活检（通常称为软骨栓或打孔器）中提取的组织被周期性压缩，就像在膝盖中一样。活检包含软骨的所有必需细胞和元素，这使得这种易于使用、占地面积小的系统成为使用芯片平台研究软骨的有力方法。