用于阿尔茨海默病发病机制研究的微流控芯片平台的构建及应用

Alzheimer's disease (AD) is a commonly neurodegenerative disease of the central nervous system (CNS) in the elderly. Up to now, due to the etiology and pathogenesis of AD is still not clear, a great number of research efforts have been pouring into this field. However, traditional research methods are not only time-consuming and low-throughput, but also tedious and labor-intensive. Therefore, developing a rapid and convenient method to overcome these difficulties is necessary. The present study developed two microfluidic platforms, on which to prove that α7-nAChR activation in microglia could improve microenvironment which can promote the proliferation, differentiation and apoptosis of neural stem cells. Moreover, to evaluate the performance of these two microfluidic platforms,there is a comparison with traditional research methods. These two established microfluidic platforms are not only promising tools for the investigation of the etiology and pathogenesis of AD, but also with great potential to facilitate the large-scale drug screening for neurodegenerative disease and the exploration of microfluidic theory.

阿尔茨海默病（AD）是老年人中常见的一种中枢神经系统退行性疾病。目前对 AD形成和发病机制的认识尚存在很多不清楚的方面，国内外很多课题组对AD的发病机制进行了深入的研究，但常规的研究方法因繁琐、耗时、试剂消耗量大以及细胞易受污染等而存在一定的局限性。而近年来广泛应用于生物化学、细胞生物学等各个领域的微流控芯片技术以其快速、高通量、微型化、集成化等优势，引起了人们的高度关注。本课题拟采用微流控芯片技术构建离体研究平台Ⅰ和在体研究平台Ⅱ，并在芯片平台上对"胶质细胞α7-nAChR激活在削弱Aβ抑制神经细胞生成中的作用与调控机制"进行离体与在体研究。同时与常规方法结果比较，对两种芯片平台性能进行表征与评估。本课题构建的芯片离体研究平台Ⅰ和在体研究平台Ⅱ可对但不仅限于AD的发病机制进行研究，同时可进一步在微流控芯片平台上进行神经退行性疾病治疗药物的高通量筛选以及微流控芯片相关理论的研究。

阿尔茨海默病（AD）是老年人中常见的一种中枢神经系统退行性疾病。对AD发病机制的研究一般使用常规的方法，但常规方法存在繁琐、耗时、试剂消耗量大以及细胞易受污染等问题。微流控芯片技术具有快速、高通量、微型化、集成化等优势，可克服常规方法的不足。本项目采用微流控芯片技术，对AD发病机制进行研究。首先，构建了微流控芯片平台Ⅰ，在该平台上可以实现神经干细胞和小胶质细胞的共培养，且可在线观察细胞增殖和分化情况；构建了微流控芯片平台Ⅱ，在该芯片平台上成功进行β-淀粉样蛋白（Aβ）模型线虫的培养，且可在线研究线虫的行为学；其次，采用常规的方法，进行胶质细胞烟碱型乙酰胆碱受体（α7-nAChR）激活在削弱Aβ抑制神经细胞生成中的作用与调控机制的离体研究和在体研究，发现随着小胶质细胞分泌的炎症因子（TNF-α、IL-1β）的增加，神经干细胞损伤也越为严重，且细胞中Axin2、p-β-catenin上调和β-catenin、p-GSK-3β、微观相关蛋白-2以及胆碱乙酰基转移酶下调，提示α7-nAChR有可能通过wnt/β-catenin信号通路调控来发挥对神经干细胞的保护作用；再次，在已构建好的微流控芯片平台Ⅰ和微流控芯片平台Ⅱ上，分别进行芯片平台上胶质细胞α7-nAChR激活在削弱Aβ抑制神经细胞生成中的作用与调控机制的离体研究和在体研究，得到与常规方法基本一致的结论，但其具有高效、操作简便、可在线监测、成本低等优点；同时，还对AD治疗药物加兰他敏的有效性和安全性进行系统性评价，并在微流控芯片平台Ⅱ上进行AD治疗药物筛选研究，通过实验证实，加兰他敏联合美金刚可明显改善Aβ模型线虫运动抑制率和致死率，两者联合使用比单一药物的使用效果更优；最后，补充了与微流控芯片技术相关的研究工作，应用微流控芯片非接触电导检测法，对一些中草药的有效成分进行分离和检测。综上所述，本项目成功地在微流控芯片平台上实现了胶质细胞α7-nAChR激活在削弱Aβ抑制神经细胞生成中的作用与调控机制的离体研究和在体研究，为AD发病机制的研究提供了一种新方法。