综述：基于微流控芯片的衰老与再生研究
2025-07-19 10:54:01   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

全球老年人口持续增长，预计到2050年，65岁及以上人口将超过15亿。然而，这种寿命的延长往往缺乏相应的健康寿命，影响生活质量，并带来经济和社会负担。衰老是大多数慢性病的主要风险因素，这些慢性病占老年人直接医疗费用的95%。因此，人们越来越重视揭示衰老的潜在机制，开发干预措施来靶向衰老过程，该领域已成为当前的研究热点。

衰老是一个复杂的多因素过程，由分子、细胞和组织层面的累积变化驱动。鉴于这种复杂性，模拟人类衰老，需要能够再现多方面病理、生理和临床症状的综合实验平台。衰老的研究涉及多种范式和方法，每种都有其自身的局限性。

近些年，微流控技术已成为衰老研究的利器，它能够提供高通量的生理相关3D环境，超越了传统2D培养的技术限制，弥合了动物模型与人类之间的差异。作为一种多学科技术，微流控器件在10至1000微米的通道内处理或操控微量（从皮升到微升）流体。与其它模型系统相比，微流控器件具有诸多优势，包括减少资源消耗和成本、缩短培养时间，以及在3D细胞系统中更好地模拟病理生理条件。因此，微流控平台已被广泛应用于生命科学研究，如发育生物学、疾病建模、药物发现以及临床应用等，使这项技术成为衰老研究领域的重要途径。

据麦姆斯咨询介绍，英国伦敦大学学院和伯明翰大学的研究人员在Advanced Healthcare Materials期刊上发表了一篇题为“Aging on Chip: Harnessing the Potential of Microfluidic Technologies in Aging and Rejuvenation Research”的综述性文章。该综述探讨了微流控系统，特别是器官芯片模型，如何增进我们对衰老及其相关疾病的理解，弥合动物模型与人体生物学之间的差异，以及对再生医学的支持。微流控方法提供的洞察为开发延长健康寿命、促进长寿的治疗策略提供了前景。

微流控器官芯片系统在衰老和再生研究方面取得突破

衰老及年龄相关疾病的器官芯片建模

器官芯片技术应用了能够复制人类器官结构和功能的微流控器件。这些微器件以不同大小和形状制造，内部具有培养细胞和组织的中空通道，可以暴露于动态流体中。一些微流控器件可以提供生物力学信号，例如剪切应力、静水压力、拉伸伸展或压缩，从而实现对生理条件的精确控制，成为研究器官功能、疾病以及治疗反应的有效工具。干细胞技术的最新进展使得将患者特异性细胞集成到微流控系统中成为可能，进而创建个性化临床前模型。

模拟衰老相关疾病的器官芯片平台

器官芯片技术能够为细胞和器官层面的衰老过程提供有价值的洞察。作为一种先进的组织工程技术，它能够重现衰老器官的特征，构建模拟衰老相关关键参数及病理特征的组织模型。这项技术为体外模拟衰老相关的疾病进展提供了重要途径，从而使研究早期疾病并识别潜在的药物靶点分子特征成为可能。

这篇综述首先聚焦了器官芯片系统如何为各种与衰老相关的疾病建模，主要包括神经退行性疾病、心血管疾病和皮肤衰老。

患者来源微流控芯片，用于衰老和再生研究

将来自不同年龄段供体的患者特异性样本和化合物整合到微流控平台上，可以极大地促进衰老研究。单器官芯片和多器官芯片系统可以模拟人类不同亚群（包括性别差异、年龄组差异、遗传背景或其他合并症）的衰老病理生理学和药物反应。这些模型为发现新的衰老生物标志物、预测不良结果以及设计和实施针对衰老相关疾病及老年综合征的个性化预防和治疗方案铺平了道路。

通过患者衍生的器官芯片平台揭示衰老机制

衰老干预和再生研究的药物测试

迄今为止，微流控器件已证明了它们在毒性检测、药理学测试和药物筛选方面的实用性，涵盖了包括神经退行性疾病和心血管疾病在内的多种与年龄相关的疾病。然而，人们对扩展再生成分药物发现管道的需求日益增长。理解衰老的生物学原因，为使用微流控器官芯片测试抗衰老疗法开辟了途径，重点聚焦了端粒长度、分裂速度和衰老细胞积累等参数。微流控平台有望在寻找抗衰老以及与年龄相关疾病的新药中发挥关键作用。

未来的研究工作将聚焦能够延缓衰老过程的治疗分子，开发更好的衰老生物标志物。随着生物信息学和人工智能等先进计算方法的整合，设计更稳健的分子和药物已成为可能。这些人工智能设计的化合物可以在微流控器官芯片模型中测试其有效性和安全性，从而在临床试验之前进行快速验证和评估，进而加速药物发现过程。

筛选年龄相关生物标志物病理的微流控方法

人类衰老研究中的一个挑战在于缺乏一套能够有效靶向并评估治疗干预的全面生物标志物。DNA甲基化已成为一种有前景的生物标志物，表现出可预测的时间变化。其它已建立的生物标志物，包括IgG N-聚糖、β-半乳糖苷酶和PSMD8也常用于衰老监测，每个都反映了细胞衰老的特定方面。此外，监测表皮厚度和蛋白质表达可提供进一步的洞察。微流控技术在医疗领域的融入带来了变革，为生物标志物检测提供了快速、灵敏且便携的方法。微流控器件为复杂分析任务和快速识别疾病特异性生物标志物提供了高效、小型化的系统，使其特别适用于片上即时诊断（POCT）和实时状况监测。

重编程：用于衰老细胞和组织再生的新兴策略

为了应对全球老龄化问题，开发创新、安全、有效的再生治疗方法对于逆转与年龄相关的变化并延长人类健康寿命至关重要。细胞重编程和基于转录组的再生因子筛选正成为开发此类疗法的新途径。

尽管微流控技术在部分重编程和转录组重编程方面的应用仍处于早期阶段，但该平台在推动重编程领域发展，并促进衰老细胞再生方面具有巨大潜力。此外，微流控技术可用于探索重编程对不同组织和器官的分子效应，为评估其对各种细胞类型的影响提供有效工具。微流控的另一个应用是体外疗法，它能够使更复杂的细胞在体外进行重编程。

微流控技术在单细胞衰老分析中的应用

精准衰老医学：单细胞分辨率的检测、分析和清除

微流控技术在衰老细胞检测、分析和清除中的应用

分离和分析单细胞的微流控工具可用于检测和清除衰老细胞。现有的研究突出了衰老组织芯片模型在模拟衰老相关疾病方面的有效性，为诱导衰老对细胞和分子反应的影响提供了重要洞察。未来，这些衰老模型将有助于研究衰老相关分泌表型抑制因子，对衰老和癌症研究具有重要意义。

智能微流控：人工智能在重塑抗衰老医学中的作用

人工智能（AI）与微流控技术的结合预计将显著推动抗衰老研究。人工智能，特别是机器学习，能够高效处理和分析微流控系统生成的复杂数据集，从而快速识别传统方法难以检测的衰老生物标志物和细胞衰老的早期迹象。人工智能还将通过预测化合物在衰老组织微流控模型中的有效性和毒性，在药物发现中发挥关键作用。

人工智能结合微流控，加速变革衰老研究

结论与展望

本综述重点介绍了微流控平台作为研究并最终缓解衰老过程的工具所取得的进展。微流控技术已被广泛用于各类器官芯片模型，通过从动物模型转向更准确的人体系统，在转化研究和精准医学方面实现了重大飞跃。这些模型为年龄相关疾病、衰老生物标志物、个性化治疗策略提供了宝贵洞察，促进了衰老细胞检测和分析，标志着向衰老生物学和再生靶向干预的转变。

未来的进一步研究应侧重于克服当前局限，例如微流控器件的可扩展性、通用再生因子的识别、对特定微加工技术的需求，以及将微流控技术与先进的基因、表观遗传以及人工智能驱动工具相结合。通过解决这些挑战，将帮助微流控技术在促进人类健康和长寿方面进一步发挥全部潜力。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adhm.202500217

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《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》

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《自扩增RNA（saRNA）疫苗专利全景分析-2023版》