人类患者来源的Kirkstall Quasi Vivo滑膜-软骨类器官共培养芯片模型

📌 研究背景

类风湿性关节炎（RA）中滑膜与软骨之间的相互作用尚未在人类来源的三维微流控模型中得到模拟。现有模型多为2D或非人类细胞系，无法真实反映人类疾病中滑膜-软骨轴的交互作用。

🔬 研究目的

建立一种基于人类患者来源的滑膜-软骨共培养芯片模型，用于研究关节炎中滑膜与软骨之间的**双向组织级串扰（reciprocal cross talk）。

🧪 实验设计

（1）模型结构：微流控芯片中包含两个独立腔室，分别培养：

- 滑膜类器官：由RA患者滑膜成纤维样细胞（FLS）构建；

- 软骨类器官：由健康人软骨细胞构建；

（2）培养方式：两类器官通过可溶性因子进行分子交流，无直接细胞接触；

（3）评估指标：

- 类器官形态、结构、活性；

- 细胞因子（IL-6、IL-8、MMP-13、VEGF）分泌水平；

- 软骨表型维持（Col II/Col I、AGC/Col I比值）；

- 细胞定位精度与重复性。

✅ 关键发现

1. 类器官构建成功：

- 滑膜类器官在2 mm腔室中形成、球形结构；

- 软骨类器官在纤维蛋白凝胶中保持良好活性与表型。

2. 共培养效应：

- 与滑膜类器官共培养后，软骨类器官面积增加约22%；

- 软骨细胞圆度保持更好，提示表型更稳定；

- VEGF分泌显著下降，提示滑膜-软骨串扰可抑制软骨退化相关因子。

🧩 创新点

- 将人类来源滑膜与软骨类器官整合于微流控芯片中；

- 实现了无细胞接触的滑膜-软骨双向组织级通信；

- 提供了高重复性、可成像、可定量的关节炎研究平台。

滑膜类器官和软骨类器官的培养条件有何不同？

滑膜类器官培养偏向炎症/成纤维环境，软骨类器官则依赖软骨诱导因子和低血清环境。在共培养系统中，需采用折中培养基（如10% FCS + 无TGF-β3）以平衡两者需求

项目

滑膜类器官（Synovial Organoid）

软骨类器官（Cartilage Organoid）

细胞来源

RA患者来源的成纤维样滑膜细胞（RA-FLS）

健康人原代软骨细胞

基质类型

Matrigel（基质胶）

50 mg/mL 纤维蛋白（Fibrin）凝胶

培养基

DMEM + 10% FCS（胎牛血清）

软骨分化培养基（如含TGF-β3）或1% FCS + TGF-β3

关键生长因子

不需要TGF-β3，反而会被其抑制

依赖TGF-β3（推荐10 ng/mL）促进软骨表型维持

血清浓度

高血清（10%）以维持滑膜细胞活性和结构

低血清（1%）或无血清以减少成纤维样分化

TGF-β3影响

抑制类器官形成，诱导纤维化样结构

促进软骨形成和ECM沉积

共培养折中方案

使用10% FCS基础培养基，避免TGF-β3

同样使用该条件，牺牲部分软骨诱导效率

🎯 应用前景

1. 可用于研究滑膜炎症如何影响软骨退化；

2. 支持药物筛选与个体化治疗研究；

3. 为人类关节炎机制研究提供更具生理相关性的体外模型。

Kirkstall Quasi Vivo®类器官串联芯片3D仿生共培养系统

Kilby Gravity 微重力培养系统