微流控芯片之角膜芯片

角膜芯片技术仍处于初级阶段，但是通过对角膜芯片模型进行的简单干预已经能够重现某些疾病的特征。2018年，Bennet等所开发的角膜芯片含有上皮层、基底膜和前弹力层，并且在微流控装置中模拟泪液流动。他们使用聚二甲硅氧烷膜培养永生化的人角膜上皮细胞，并发现与无涂层或胶原涂层的膜相比，种植在纤维结合蛋白涂层膜上的细胞更具活性。这种模型的上皮渗透性与人体组织十分相似。他们使用强的松和酮替芬滴眼剂对其模型进行了药物研究，以评估其模型在药物渗透性方面的功能，并发现与连续流动或静态条件相比，脉动泪液流与人眼最为相似。然而，由于芯片缺少免疫系统，无法精确地模拟眼表的药理学免疫调节作用，但能有效模拟非免疫过程。

Seo等结合眼睑、结膜和角膜设计的角膜芯片是一个重要突破，其设计的具有灌注系统和过量引流系统的穹顶状支架，可以用于模拟泪液的分泌、排泄和眨眼过程。该芯片模拟角膜和结膜的复层上皮结构，含有1层表达基底细胞特异性标志物(p63)的细胞，且能分泌黏蛋白，维持眼表约6μm厚的均匀泪膜。在这类模型中，眨眼的剪切力将有助于角膜上皮的生长分化，证明细胞生化网络能对机械力进行感知和反应。通过减少眨眼频率和调整环境湿度，加速泪液蒸发，可以直接构建干眼模型。更重要的是，白细胞介素1β、肿瘤坏死因子α和基质金属蛋白酶9等炎症细胞因子在该干眼模型中过量表达，与干眼在人体内的反应一致，因此可以用于模拟和研究干眼的机械和生物化学特征。

使用内源性润滑素对该干眼模型进行测试后发现，泪膜破裂时间延长，泪膜破裂面积减少，角膜荧光染色发生相应改变，同时检测到IL-8的TNF-α、IL-1β和MMP-9等炎症因子的泪膜浓度分布明显减少，与临床试验结果相似。这项分析表明，角膜芯片既可以在临床前实验阶段进行“临床试验”，也可以在分子水平上揭示相应治疗药物的治疗原理。

角膜芯片与角膜类器官相比，更容易进行相关干预，从而能更精确地模拟部分慢性眼部疾病，例如结膜炎或干眼等，并以更为具象的方式为疾病研究和药物研发提供其实可靠的依据。