类型a：学术研究报告

研究团队与发表信息

本研究由韩国化学技术研究院（Korea Research Institute of Chemical Technology, KRICT）的Min Seok Lee、Soohyun Kim、Sung Kyun Lee，汉阳大学（Hanyang University）的Jong-Hwan Lee，以及成均馆大学（Sungkyunkwan University）的Yoe-Sik Bae合作完成。研究论文《Synovium-on-a-chip reveals fibroblast–macrophage crosstalk underpinning joint homeostasis and evaluation of gout therapies》发表于《Advanced Healthcare Materials》期刊，2025年出版，DOI: 10.1002/adhm.202501471。

学术背景与研究目标

滑膜（synovium）是维持关节稳态的关键组织，由成纤维样滑膜细胞（fibroblast-like synoviocytes, FLS）和巨噬样滑膜细胞（macrophage-like synoviocytes, MLS）组成。然而，现有体外模型缺乏生理相关性，难以模拟FLS-MLS的复杂互作，导致对关节炎（如痛风）的机制研究受限。

本研究旨在开发一种“芯片滑膜”（synovium-on-a-chip）模型，以精确模拟人类滑膜的结构与功能特性，并应用于痛风治疗评估。核心目标包括：
1. 构建仿生滑膜微环境，整合FLS与MLS的共培养体系；
2. 解析FLS-MLS互作在关节稳态中的作用；
3. 利用该模型模拟痛风炎症反应并测试药物疗效。

研究流程与方法

1. 芯片设计与制造

• 微流控芯片结构：采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制作三通道微流控装置，分别模拟滑膜腔、细胞外基质（ECM）和血管腔。
  
• 创新点：引入微轨（microrail）结构防止水凝胶泄漏，并通过3D打印模具实现一步成型，避免传统打孔步骤。
  
• 水凝胶优化：使用胶原/海藻酸混合水凝胶（collagen/alginate hybrid hydrogel, CAHG）模拟滑膜ECM，其机械性能（杨氏模量≈2.8 kPa）与人类滑膜匹配，且孔隙率更低，可抑制FLS异常迁移。
  

2. 细胞培养与功能验证

• FLS培养：将人原代FLS接种于CAHG上，形成连续单层结构，模拟滑膜内衬层（synovial lining layer, SLL）。通过EdU实验证实FLS在3D环境中分化为功能表型（增殖减少），并高表达润滑素（PRG4）、透明质酸（HAS1）和TGF-β1。
  
• MLS分化：从CD14+单核细胞分化M2c型巨噬细胞（IL-10诱导），其表达MLS标志物（ZO-1、CLDN5、TREM2、VSIG4）并具备吞噬功能。
  
• 共培养体系：FLS与M2c巨噬细胞共培养形成SLL样结构，通过免疫荧光证实细胞间紧密连接与功能蛋白表达。
  

3. 转录组学分析

• CD44阻断实验：通过RNA测序发现，FLS通过PRG4/HA-CD44轴调控巨噬细胞的免疫功能。阻断CD44后，巨噬细胞的ECM组织相关基因上调，但炎症小体（NLRP3、IL-1β）通路被抑制，揭示FLS在滑膜免疫调节中的核心作用。
  

4. 痛风模型构建与药物测试

• 炎症诱导：用脂多糖（LPS）和尿酸钠晶体（MSU）激活NLRP3炎症小体，模拟痛风急性发作。结果显示巨噬细胞向M1型极化，释放IL-1β、IL-6等促炎因子，并引发中性粒细胞（HL-60细胞）外渗。
  
• 药物干预：使用NLRP3抑制剂（MCC950）和NEK7-NLRP3互作抑制剂（entrectinib）显著降低炎症因子水平，验证模型的药物筛选潜力。
  

主要研究结果

1. CAHG水凝胶：成功模拟滑膜ECM的机械特性，支持FLS功能表型维持（如PRG4分泌）。
   
2. FLS-MLS互作：共培养体系再现了SLL的屏障功能与免疫调节功能，CD44信号通路是关键调控机制。
   
3. 痛风模型：MSU晶体触发炎症小体激活、巨噬细胞极化及中性粒细胞浸润，与临床病理特征一致。
   
4. 药物验证：MCC950和entrectinib有效抑制炎症反应，证明模型可用于临床前药效评估。
   

研究意义与价值

1. 科学价值：首次在体外构建包含FLS-MLS互作的滑膜模型，填补了关节炎研究的技术空白。
   
2. 应用价值：为痛风等炎症性关节疾病的机制研究和药物开发提供高通量平台。
   
3. 方法创新：CAHG水凝胶与微流控芯片的结合为其他器官芯片（organ-on-a-chip）研究提供参考。
   

研究亮点

• 生理相关性：模型精准模拟滑膜结构与功能，优于传统2D培养或动物模型。
  
• 多学科技术整合：结合微流控、3D打印、转录组学和免疫分析，系统性解析细胞互作。
  
• 转化潜力：成功应用于痛风药物测试，推动个性化治疗策略开发。
  

其他有价值内容

研究还探讨了滑膜稳态中PRG4/HA-CD44轴的调控机制，为关节炎的靶向治疗提供新思路。未来可通过引入流体剪切力或软骨细胞进一步优化模型。