《Lab on a Chip》：Development of a 3D-printed microfluidic chip for retinal organoid–endothelial co-culture
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本研究开发了一种基于热塑性聚氨酯（TPU）的全3D打印微流控芯片，首次实现人诱导多能干细胞（hiPSC）来源视网膜类器官（含视网膜色素上皮区域）与内皮细胞在纤维蛋白-Matrigel基质中的三维共培养。该平台成功模拟了视网膜-血管界面相互作用，证实内皮细胞能在类器官RPE区域周围自组织形成血管网络，VEGF分泌显著增强，外源性VEGF可进一步促进RPE区域血管定位。通过荧光葡聚糖和罗丹明标记脂质纳米颗粒实验，首次在类器官-血管界面观察到时空依赖性运输过程，为研究视网膜血管病变（如湿性AMD）及药物递送提供了创新工具。
引言
视网膜疾病是导致不可逆视力丧失的主要眼病，其中湿性年龄相关性黄斑变性（AMD）以脉络膜血管异常长入视网膜下空间为特征。传统体外模型难以模拟人类视网膜病理复杂性，而人诱导多能干细胞（hiPSC）来源视网膜类器官虽能分化为多种视网膜细胞并自组织成层状结构，但通常缺乏内皮细胞。器官芯片（OoC）技术通过微流体设备在三维微环境中精确控制流体，可模拟血-视网膜屏障等生理功能。本研究基于热塑性聚氨酯（TPU）的熔融沉积建模（FDM）3D打印技术，构建透明聚氯乙烯（PVC）基底微流控平台，实现视网膜类器官与内皮细胞的直接三维共培养。
设备制备与表征
微流控设备采用FDM 3D打印技术，使用1.75毫米透明TPU细丝在1毫米厚PVC基板上打印。设备包含六个独立培养腔室，每个腔室连接进出口通道。扫描电镜（SEM）显示打印结构层间粘合良好，腔室壁完整。通过荧光微珠示踪验证流体运输性能，微珠速度范围为5-15 μm/s，表明设备具备稳定的被动流体传输能力。
视网膜类器官特性
hiPSC（585A1细胞系）通过胚胎体（EB）形成、化学诱导分化和长期成熟（>90天）生成视网膜类器官。组织学染色显示类器官具有层状神经上皮结构和RPE样色素区域。免疫荧光染色证实TUJ1（神经元标记）和Recoverin（光感受器标记）阳性细胞的空间分布，表明类器官具备视网膜组织关键特征。
血管网络的形成与调控
将培养93天的视网膜类器官与人脐静脉内皮细胞（HUVEC）在纤维蛋白-Matrigel基质中共培养5天。与单独培养相比，共培养诱导内皮细胞在类器官RPE区域周围形成三维血管网络，厚度约2-4 μm，类似体内Bruch膜-RPE界面结构。酶联免疫吸附试验（ELISA）显示共培养组VEGF分泌量（350 pg/孔）显著高于类器官单独培养组（60 pg/孔）。外源性VEGF（300 ng/mL）处理6天后，CD31阳性内皮信号在RPE区域的定位比例显著增加，但类器官面积无显著变化，表明VEGF特异性增强血管定位而非促进类器官生长。
纳米颗粒运输功能验证
罗丹明标记脂质体通过灌注通道引入设备后，时间推移成像显示30分钟内纳米颗粒沿血管化区域向类器官界面定向积累。三维重建证实脂质体与内皮网络共定位，而无双血管网络的对照组运输受限，证明血管结构介导了纳米颗粒的空间限制性运输。
局限性与发展方向
当前模型的纤维蛋白基质可能导致内皮细胞与光感受器区域非特异性相互作用；HUVEC与脉络膜内皮细胞存在表型差异；未来可整合患者来源类器官以增强疾病建模能力。通过改进设备架构和细胞类型，平台有望用于个性化医疗和药物筛选。
结论
该3D打印视网膜类器官芯片平台无需半透膜即可支持视网膜-血管相互作用，成功模拟VEGF调控的血管重构和纳米药物运输过程，为视网膜血管病变研究和治疗策略开发提供了可靠体外工具。
