近日，衰老和老年疾病顶级学术期刊《Ageing Research Review》（影响因子12.9分）在线发表东南大学器官芯片研究院院长、数字医学工程全国重点实验室主任顾忠泽教授、宋超博士、杨家琛博士团队的关于微生理系统（MPS）在衰老及老年病最新进展的综述《Latest developments of microphysiological systems (MPS) in aging-related and geriatric diseases research: A review》。该文章重点介绍了微生理系统在研究与年龄相关的衰老疾病和老年病方面的最新进展，特别强调了类器官和器官芯片技术在研究心血管疾病、脑血管疾病、神经退行性疾病、纤维化疾病、运动和感觉退行性疾病以及罕见疾病方面的应用。为读者提供使用微生理系统建模与年龄相关的老年病、探索机制、治疗、药物筛选和其他后续应用的重要指南和示例概述，强调与年龄相关的老年病的特点及其与衰老过程的既定相关性，强调了跨学科方法解决该领域尚未解决的挑战的潜力。
衰老是一个渐进且不可逆转的过程，伴随的是组织功能的衰退和各种衰老相关疾病和老年病的风险显著增加。尤其是在全球老龄化加速和流行病广泛出现的矛盾背景下，衰老相关疾病和老年病已成为个人死亡和残疾的主要原因，引起了研究人员和投资者越来越多的关注。在模拟和研究与年龄相关和老年病的模型方面，虽然传统的体外系统和动物模型已显示出一定程度的效用，但过去关于抗衰老干预措施的证据大多局限于非哺乳动物模型生物，包括酵母、线虫和果蝇。最近在小鼠身上进行的实验也证明了某些特征或干预措施的有效性。然而，这些模型在完全复制人类生理过程方面存在固有的局限性。近年来，微生理系统利用组织工程和微流体技术的进步，已成为极具前景的平台。微生理系统能够在微加工设备中复制组织微环境的关键特征，提供仿生组织培养条件，增强对完整或精确的人体结构和功能的体外模拟。这种能力提高了临床试验结果的可预测性，同时减少了时间和成本。包括类器官和器官芯片技术在内的微生理系统发展为研究与年龄相关和老年病开辟了新的途径。
微生理系统通常集成微流体和组织工程技术来复制人体的关键生理特征，从而可以更准确地模拟组织功能和疾病进展。这些研究中开发的模型已用于探索病理机制、测试治疗干预措施和更高精度地筛选药物。文章详细介绍了微生理系统的设计、材料和流体动力学特性，特别是微生理系统在衰老疾病的表型和生物学表现及生物标志物方面的研究进展。微生理系统平台通过提供更具生理相关性的体外模型，显著增强了我们对与年龄相关和老年疾病潜在机制的理解。这些模型有可能通过提供更具预测性的临床试验模型，彻底改变与年龄相关和老年疾病的药物发现和开发，最终减少时间和成本。此外，微生理系统在衰老研究中的应用可以弥合临床前模型和患者结果之间的差距，推动该领域的发展，使与年龄相关和老年疾病的治疗更加精准和有效。随着微生理系统技术的不断进步，它在研究人类衰老和治疗干预方面的更广泛意义可能会扩大，为科学发现和治疗创新提供新的机会。
类器官可以模拟衰老过程中复杂的生物过程，如细胞和染色体损伤、稳态失衡、器官再生能力下降等，这些过程非常适合在类器官模型中进行分析。研究表明，肠类器官已被用于识别衰老肠上皮中肠干细胞及其微环境调控的缺陷。肺泡类器官也可作为损伤修复的体外模型，研究表明持续的细胞衰老会降低肺泡再生能力，导致肺纤维化。此外，类器官还可用于测试预防和治疗与年龄相关的疾病和老年病的新策略。它们在太空研究中的应用也有助于我们了解极端环境对衰老过程的影响并制定相应的对策。然而，类器官通常缺乏某些生理特征，例如血管化和免疫成分，而这些特征对于复制人体组织的全部复杂性至关重要。
另一方面，与传统细胞培养相比，器官芯片设备旨在更准确地复制人体器官的机械和生化环境。首先，与传统细胞培养或动物模型相比，它们提供了更具生理相关性的模型，使研究人员能够在与人体非常相似的环境中研究衰老机制。鉴于衰老过程的复杂性和多样性，这一点尤为重要，因为不同物种的衰老过程可能存在很大差异。其次，微生理系统平台可以精确控制环境条件，例如营养水平、氧张力和机械力，这些已知会影响细胞衰老。这种可控性有助于研究特定因素如何影响衰老，并在高度受控的环境中测试潜在的干预措施。第三，微生理系统的模块化设计使多个器官功能能够在单个系统中集成，从而可以研究衰老的系统性影响以及不同器官系统之间的相互作用。这对于了解与年龄相关和老年病的多因素性质以及制定整体治疗策略至关重要。
将类器官培养物与微生理系统平台相结合被认为是一种有前途的方法，可以克服每个系统的局限性。这种整合将类器官的自组织能力与微生理系统提供的动态受控环境相结合，从而创建了更具生理相关性的模型。这些集成模型提供了增强的可重复性、可扩展性和模拟复杂组织相互作用的能力，使其成为衰老研究的宝贵工具。
展望未来，揭开衰老之谜是人类社会演进和文明进步的必然之路，也是充满希望的道路。随着微生理系统在临床前研究中越发凸显的独特优势以及在科研领域和商业转化中不断取得的里程碑式进展，微生理系统将越来越多地成为传统细胞和动物模型与临床试验之间的桥梁或部分替代。这些成功的研究案例将进一步促进科学家与投资者对年龄相关疾病和老年疾病的关注，结合不断迭代升级与修正优化的微生理系统工程模型构建技术，将共同加速体外研究与临床研究间的融合交互与循环共进，最终助力于打破相关疾病治疗方案缺乏的困境、破解人类生命进程中“衰老的奥秘”。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.arr.2025.102728
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