生物力学刺激的本质，在体内，细胞受到生物力学和生化刺激的组合，这些刺激可以相互作用来调节细胞反应。生物力学线索通常是细胞外在的，可以采取被动或主动形式。被动生物力学刺激包括基底刚度、几何限制或地形线索。主动刺激包括结缔组织拉伸和压缩、流体剪切应力、间质液流动和静水压力。

这篇文章是一篇关于器官芯片（Organ-on-Chip, OOC）技术的综述，发表于2020年12月10日。文章的核心内容如下：

器官芯片技术的重要性：器官芯片系统在体外模拟了细胞、组织和器官的生物学过程和反应，对于基础研究、药物开发、个性化医疗以及药物、食品成分、污染物等的测试具有重要意义。

生物力学刺激的种类：包括流体剪切力、组织间流体流动、静水压力、拉伸和压缩等，这些刺激以被动或主动的形式存在，并且对细胞行为有显著影响。

图 1.生物力学刺激示意图以及如何在器官芯片系统中实施这些刺激的示例。(A–E)主动生物力学刺激，包括(A)流体剪切应力、(B)间质液流动、(C)静水压力、(D)拉伸和(E)压缩。(F–H)被动生物力学刺激，包括(F)基底刚度、(G)基底形貌和(H)几何限制。

生物力学刺激的作用：体内的细胞会受到生物力学刺激，这些刺激对细胞行为有调节作用，并且可以放大、抵消或逆转对给定生化信号或药物候选物的反应。因此，在OOC模型中成功再现体内行为的关键是应用适当的生理或病理生物力学环境。

图 2.拉伸应变会阻断 Tubacin 的抗炎作用。使用细胞张力系统，将在载体或白细胞介素-1β (IL-1β) 存在下培养的牛关节软骨细胞用 HDAC6 抑制剂 tubacin 和/或 10% 循环拉伸应变在 0.33 Hz 下处理 24 小时。 (A)亚硝酸盐（一氧化氮）和(B)前列腺素 E 2 (PGE 2 ) 释放。n = 6；使用 Sidak 两两比较进行双向方差分析：* P ≤ 0.033，** P = 0.0011，*** P = 0.0004。平均值±sem，单个值叠加。

现有的OOC平台：文章回顾了当前商业化的OOC平台，这些平台结合了主动生物力学刺激，并强调了在药物开发模型中包含机械刺激的重要性。

图 3.结合了活性生物物理刺激形式的市售器官芯片平台的比较。(A)基于 96 孔板格式的 AX12 肺芯片，由一块板支撑的两个芯片组成，每个芯片包含六个独立单元。超薄膜（蓝色）通过集成微隔膜（灰色）在基底芯片室内的负压作用下发生偏转。图片© Alveolix AG (B) Emulate Inc. 的人体仿真系统包含适合 Pod TM载体的器官芯片。Zoë TM培养模块可控制多达 12 个芯片的流速和拉伸速度。宝珠TM提供 Zoë TM培养模块所需的气体、电力和真空拉伸的精确混合。图片© Emulate Inc. (C) Mimetas 的2 通道 Organoplate TM。基于384孔板格式，可支持96个模型。细胞在 ECM 中/上培养，并沿着使用独特的相位引导技术创建的灌注通道进行培养。图片© Mimetas BV (D) SynVivo 的微流控芯片创建了一个理想化的微血管网络，以模拟紧密连接和间隙连接的形成和传输。还可以从数字化图像创建网络以在体内复制生理学更准确。自然组织区域也可以合并到网络拓扑中。

生物力学与细胞反应：生物力学信号可以指导细胞行为，并调节对生物化学信号的细胞反应，包括药物。文章讨论了生物力学刺激如何影响药物反应，并强调了在临床前测试中包含机械刺激的必要性。

商业化的OOC平台：总结了几个商业化的OOC模型系统，这些系统结合了生物力学刺激，并在不同的解剖系统中进行了验证。

不同器官系统的OOC模型：文章概述了在心血管、肠道、肾脏和呼吸系统等主要生物系统中，机械刺激对组织功能的影响，并讨论了如何使用不同的商业OOC系统生成一些最发达的模型。

挑战与展望：讨论了在OOC模型中整合生物力学刺激的挑战，包括组织结构的复制、多种机械刺激的整合、以及如何平衡模型的生物学复杂性和分析要求。

结论：文章强调了在OOC或微生理系统中整合生物力学刺激对于完全复制健康和疾病中的体内生理学至关重要，并提出了未来研究的方向。