近年来，微流控平台在细胞分析中得到广泛应用，例如操纵单细胞、自动介质灌流、提供细胞微环境和外部刺激以研究细胞响应，以及建立长期细胞培养系统等。
随着微流控芯片技术的发展及其应用特点，利用微流控芯片技术进行阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）相关研究已成为一种趋势。
AD的神经病理学特征主要包括β淀粉样蛋白（Aβ）斑块沉积、磷酸化Tau蛋白（p-Tau）、神经原纤维缠结（NFT）和神经元突起中的Tau蛋白聚集体、突触缺陷和神经元丧失引起的大脑皮层萎缩、星形胶质细胞和小胶质细胞的活化、神经炎症以及神经损伤等。
此外，影响AD发病的因素还包括大脑心血管系统和淋巴系统功能病变、衰老、血脑屏障（BBB）、外周免疫系统以及肠道菌群等。
已报道的AD病理模型主要包括动物模型和体外细胞模型，这些模型通常再现AD病理生理学特征中的一种或多种。理想的AD动物模型在发现治疗靶点、揭示AD发病机制以及抗AD药物研发方面具有重要意义。
AD细胞模型是一个相对简化的平台，可以在可控条件下观察和测试AD的病理和生物学过程，对于研究AD发病机制相关蛋白的生物学功能具有重要意义。
用于构建AD细胞模型的细胞主要包括星形胶质细胞、小胶质细胞、内皮细胞和神经元细胞、诱导多能干细胞（iPSC）、人脑微血管内皮细胞（HBMEC、HCMEC）、神经干细胞以及神经母细胞瘤细胞（SH-SY5Y）等。
微流控芯片AD病理模型的构建
传统的动物模型和体外细胞模型在研究AD时存在一定局限性。利用微流控芯片技术在体外构建具备准生理环境的AD模型，为AD研究提供了独特的解决方案。
AD微流控芯片模型主要包括芯片结构、细胞培养和诱导AD病理特征的因子等要素。模型构建通过选择细胞类型、进行细胞3D培养和设计芯片结构来模拟大脑的结构和功能，并研究脑微环境与神经血管单元之间复杂的相互作用。
细胞类型
建立AD病理模型需要了解大脑功能单元的细胞类型、内环境组成及其相互作用。
使用与AD发病机制和病理特征相关的细胞，如神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞、脑内皮细胞及血脑屏障（BBB）中的细胞，加入细胞外基质或支架，将这些细胞接种入微流控芯片系统中。
经过一段时间的培养后，加入诱导并表达AD病理特征的相关因子，逐步形成较完整的AD微流控芯片模型。
通过结合器官芯片技术和由人iPSC分化得到的脑微血管内皮细胞、星形胶质细胞和神经元，构建了一个能够概括复杂BBB功能的神经血管单元，为BBB相关疾病建模、研究BBB的作用、药物筛选以及个体化医学提供了研究平台。
细胞3D培养模式
2D细胞培养是评估不同疾病系统最常用的模型之一，但多数2D培养的AD细胞模型缺乏3D脑组织中细胞间接触和相互作用的基本特征。
3D培养可以在体外模拟体内的细胞形态、细胞附着、增殖、对刺激的反应、分化、药物代谢以及细胞间质流动等特征。
3D培养的细胞外基质和生化效应能够提供一定的机械强度和完整性，维持神经区域的动态平衡，形成高度复杂的网络，在调节神经干细胞分化、神经元迁移以及中枢和外周突触的成熟和功能等过程中发挥关键作用。
已有报道的体外3D培养的AD模型包括神经球体系统、微流控芯片培养系统、类器官培养系统、3D水凝胶系统、3D生物打印系统以及体外神经血管单元生物工程模型等。
其中，基于微流控芯片技术的3D培养模式可以在细胞、器官或多器官水平上模拟体内微环境，使对细胞培养环境敏感的神经元长期培养成为可能，为研究AD中的神经元相互作用、功能和信号通路提供更可靠的平台。
芯片结构
基于3D共培养的芯片结构
共培养模式可以研究两种或两种以上细胞的相互作用。
传统的2D共培养系统在空间上无法准确定位细胞或细胞部分（例如神经元的轴突和胞体），也无法选择性地分析和探测特定细胞。
利用微流控芯片技术可以设计模拟AD病理特征的3D培养和共培养条件的特定区室病理模型。
首个3D共培养的微流控芯片AD模型通过微流控芯片将管状脑内皮细胞与3D分化的ReN-AD细胞共培养，并将凹型微孔阵列与微渗透泵系统结合，构建了一种生理相关的3D神经球体微流控脑芯片模型。
该芯片模型能模拟体内微环境的间质水平流动，并在不需要其他辅助设备的情况下进行长期的体外观察，对研究AD或其他神经系统疾病的病理和治疗策略具有良好的应用前景。
基于血脑屏障单元的芯片结构
血脑屏障（BBB）是内源性物质和治疗药物分子进入脑组织的主要屏障。BBB的高度选择透过性源于其独特的结构，包括排列在血管内的内皮细胞、与基底膜相关的周细胞、与内皮细胞紧密连接的结构以及将末端延伸到血管近腔侧的星形胶质细胞足突。
此外，BBB内皮细胞中外排泵的表达能够阻止小分子在细胞膜上的扩散。BBB不仅保护神经组织免受血液中毒素的影响，还限制了治疗药物的通过。其复杂性也使得模拟其健康状态和疾病特征的模型开发变得困难。
目前，已有学者研究了BBB的体内模型（动物模型）、2D细胞模型和体外3D模型。
其中，使用相关细胞系构建的体外3D培养Transwell模型和微流控芯片模型等BBB模型，为跨越BBB的研究及中枢神经系统疾病药物研发提供了更具生理相关性的模型。
微流控芯片技术在AD研究中的应用
与传统的体外培养系统相比，微流控芯片在模拟大脑多细胞、3D培养、血管化以及细胞外基质等典型组织复杂性特征方面具有显著优势，常被用于模拟和研究神经网络发育、细胞间信号传导和免疫功能等中枢神经系统的生理现象。
微流控芯片还可以设计成集成模型构建、药物疗效和潜在不良反应评价等多功能于一体的平台。
基于这些优势，微流控芯片可以开发出更具生理学相关性的体外模型，部分替代动物研究。近年来，微流控芯片逐渐应用于AD的病理机制研究、早期诊断和药物筛选等领域。
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