Paper| 11 September 2026，A human iPSC‑based perfusable and membrane‑free neurovascular unit‑on‑chip connecting brain organoids to the blood–brain barrier，发表于Lab on a Chip，开发了名为CONNECT的无膜微流控芯片，构建完全基于人诱导多能干细胞（iPSC）的神经血管单元芯片（NVU‑on‑chip），实现脑类器官切片与血脑屏障（BBB）血管样结构直接功能耦合。
一、研究背景
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传统 BBB 芯片缺少脑实质组织，难以模拟神经‑血管相互作用；脑类器官（hBO）天然缺乏血管，存在坏死核心；现有血管化脑类器官依赖血管生成，形成的血管通透性高，不具备成熟血脑屏障功能。
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现有共培养系统大多依赖多孔膜，阻碍细胞直接物理接触，无法重现体内星形胶质细胞终足包裹血管的形态。
核心技术：CONNECT 芯片
芯片采用立体光固化 3D 打印（BioMed Amber 树脂），玻璃底板，开放式上盖，单块芯片含 5 个共培养单元；依靠毛细管压力屏障 CPB（capillary pressure barrier）实现无膜分区，使用少量水凝胶实现腔室隔离，不需要人工多孔膜，允许两侧细胞直接接触。
分为两大腔室：BBB 血管通道（血管样管路）、脑类器官腔室；通过摇摆装置实现无泵、无管路、重力驱动双向灌流，产生生理水平剪切应力。
主要实验结果
Transwell 原理验证
脑类器官切片来源的星形胶质细胞可伸出突起，穿过膜孔与内皮细胞发生物理接触。
芯片上 BBB 构建
iPSC 分化人脑微血管内皮细胞 hiEC、周细胞 hiBPC；周细胞包埋在 CPB 的 I 型胶原凝胶，内皮细胞在凝胶表面形成完整单层；加入 CHIR 诱导 hiEC 分化为具有 BBB 表型的 hiBMEC。周细胞与内皮细胞建立物理接触。
脑类器官切片芯片培养
完整脑类器官静态芯片培养存活率差；改用新鲜成熟脑皮质类器官切片，切片可贴附芯片底部，星形胶质细胞向外迁移；使用 AAV‑GFAP‑eGFP 病毒标记星形胶质细胞。
完整 NVU 共培养
同一天接种 hiEC、hiBPC、hBO 切片；90h 活成像观察，类器官来源星形胶质细胞向 BBB 通道迁移，形成类似体内胶质界膜的终足样结构包裹内皮单层；共培养条件下星形胶质细胞 GFAP 荧光强度显著升高。
BBB 功能验证
hiBMEC 对 70 kDa 葡聚糖低通透；P‑糖蛋白外排转运体具备活性；在摇摆产生的双向流动下，hiBMEC 能够顺着流动方向发生细胞重排、细胞极性增强。
模型优势与局限性
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不依赖血管生成，直接预制功能性血管样通道；无膜设计，实现星形胶质细胞‑内皮直接细胞接触；
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完全 iPSC 来源，支持疾病模型（APOE4 阿尔茨海默病 iPSC）、个性化药物筛选；中等通量，一块板可 40 个共培养单元；开放上盖便于取样、类器官回收、高分辨成像。
血管通道比体内微血管更粗；星形胶质细胞、周细胞对血管覆盖率低于体内；I 型胶原不能完全模拟脑基底膜；内皮无法完全铺满整个 BBB 通道内壁。
研究意义
该模型可同时评价化合物跨 BBB 渗透、药物对血管、脑实质细胞的多重效应，为神经疾病体外建模、中枢药物筛选提供新平台。【备注：下列为原文中OrganoFlow Rocker的中国区平替产品】
北京基尔比 Kilby Bio 高通量类器官精密摇摆灌注仪(Organoid Flow Rocker)可完整平替原文 Mimetas OrganoFlow‑Rocker，仪器角度 0‑45°、摇摆间隔时间全参数可编程，能够精准复现论文 14° 倾斜、4 分钟摇摆周期的实验条件，生成目标 2.86 dyn/cm² 生理级双向壁面剪切应力，适配 CONNECT 无膜神经血管单元芯片实现无泵重力驱动灌流，完成血脑屏障内皮流动取向、iPSC 来源脑类器官‑BBB 共培养长时动态成像等全套实验；
北京基尔比 Kilby Bio 高通量类器官精密摇摆灌注仪(Organoid Flow Rocker)该设备可直接放置 CO₂培养箱中长期连续运行，支持多块芯片/孔板/载波芯片等同步开展高通量药物筛选，国内已有中国医学科学院药物研究所、生物芯片上海国家工程研究中心、解放军总医院、赛赋医药研究院、武汉大学生命科学学院等多家科研与 CRO 单位装机使用。
二、详细介绍OrganoFlow Rocker在原文应用
1. 设备基础原理
OrganoFlow Rocker可编程摇摆平台，无泵、无管路，依靠重力实现微流控芯片内部双向灌流；通过往复倾斜芯片，使芯片两端储液池液面高度交替变化，培养基在微通道内往复流动，为血管内皮施加流体剪切应力，模拟体内血流环境，可直接放入细胞培养箱长期运行。
2. 原文实验参数设置
芯片放置于 OrganoFlow rocker，倾斜角度 14°，摇摆间隔 4 分钟（来回倾斜一个完整周期 4 min）。
流体仿真得到 BBB 通道内：峰值流速 8.64 nL s⁻¹，衰减时间常数 4.94 s，峰值壁剪切应力 2.86 dyn cm⁻²；流动为双向往复流动。
3. 在原文中哪些实验环节使用该设备
BBB‑on‑chip 单独培养阶段
将 hiEC、hiBPC 构建 BBB 模型的 CONNECT 芯片放置在 OrganoFlow rocker 上；BBB 通道进出口加入培养基，开启摇摆，产生双向重力流动；第 5 天向 BBB 通道加入 CHIR 诱导 hiEC 向 hiBMEC（脑微血管内皮）分化；持续流动培养 7 天后固定样品。
流动作用：为内皮细胞施加剪切应力，促进内皮成熟、模拟体内血流微环境，维持内皮单层完整性。
完整 NVU‑on‑chip（hiEC+hiBPC+hBO 切片）共培养
神经血管单元全组分共培养时，芯片同样置于 OrganoFlow rocker，采用 14°、4 min 间隔摇摆；开展 90 小时活细胞时序成像实验，观察星形胶质细胞迁移、突起向血管延伸。
4. 该设备在原模型中的生物学作用
产生生理剪切应力
模拟脑微血管血流机械刺激，实验证实 hiBMEC 在该双向流动下发生细胞重排，细胞极性指数、长宽比、形状指数上升，圆形度下降，细胞长轴对齐流动方向，重现体内内皮细胞响应血流的形态特征；VE‑cadherin 细胞连接形态不受双向流动影响。
自动灌注培养基
无需外接蠕动泵，持续更新 BBB 通道内营养、带走代谢废物，维持内皮细胞长期存活。
不干扰类器官腔室
摇摆驱动的流动只发生在 BBB 血管通道；hBO 类器官腔室为静态开放腔室，类器官切片不受流体直接冲刷，星形胶质细胞可以自由迁移穿过 CPB 水凝胶向血管生长。
5. 原文选用该设备的考量
CONNECT 芯片没有外接泵接口，适配 OrganoFlow 的重力驱动双向灌流方案，不需要复杂管路；
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兼容中等通量，可同时运行多片 CONNECT 芯片，适合药物筛选工作流。
6. 补充：设备和芯片的配合关系
CONNECT 芯片 BBB 通道两端设置 hiEC 培养基储液池，当 rocker 倾斜时，两端储液池产生液面差，驱动液体在 BBB 通道来回流动；CPB 毛细管屏障保证水凝胶不会被流动冲垮，实现 “血管通道动态流动，脑类器官腔室静态” 的分区状态。
注意：本研究流动是双向往复流动，并非体内单向血流；作者在讨论中指出后续可以通过调整倾斜角度、储液池截面积进一步优化剪切应力，更贴近生理水平。
