综述：器官芯片技术：有望革新骨关节炎研究与临床开发的新型工具

　　本综述系统评述了器官芯片（OOC）技术在骨关节炎（OA）研究中的突破性应用，重点探讨其如何克服传统2D/3D模型及动物实验的局限性，通过模拟关节微环境（如力学刺激、细胞互作）为疾病建模、药物筛选及临床前毒理学提供更精准、人源化的研究平台，有望显著提升转化医学成功率。

　　

Abstract

Objective

critically evaluate the evolution of in vitro models for osteoarthritis (OA) research, with a specific focus on organ-on-chip (OOC) technologies, and to discuss their potential to overcome the limitations of traditional 2D, 3D, and explant models in disease modelling, drug discovery, and preclinical toxicology.

Methods

This review synthesizes findings from recent literature regarding historical and current in vitro platforms used in OA research. It categorizes models based on biological complexity and physiological relevance, with particular emphasis on biomechanical and biochemical stimulation in OOC systems. Key examples from the literature are discussed to illustrate the utility and scalability of emerging platforms.

Results

Traditional 2D cultures, while widely used, lack the spatial and environmental complexity necessary to replicate native joint physiology. 3D cultures and explant models provide improved architecture and cellular context, but face challenges related to standardization, longevity, and reproducibility. OOC systems offer a dynamic and tunable microenvironment that supports real-time monitoring and integration of mechanical cues such as shear stress and compression. These platforms have been successfully employed to investigate immune cell migration, drug permeability across barriers, and cytokine-induced matrix degradation. Furthermore, their application in preclinical modelling for efficacy and safety studies highlights the potential for more predictive, human-relevant data compared to conventional methods.

Conclusion

OOCs technology represents a transformative advance in OA modelling, offering increased physiological relevance and experimental precision. With continued refinement and validation, OOC platforms could significantly improve the translational success of disease-modifying OA therapies.

Introduction

骨关节炎（Osteoarthritis, OA）是一种主要影响手部、髋部和膝盖的关节退行性疾病，是全球最常见的关节炎形式。尽管研究广泛，但由于对其发生和发展的分子细胞机制理解不完全，OA的治疗仍然充满挑战，目前尚无疾病修饰性骨关节炎药物（DMOAD）成功上市。传统的临床前模型，无论是体外还是体内，在准确反映疾病复杂性和异质性方面存在局限，阻碍了有效疗法的开发。器官芯片（Organ-on-Chip, OOC）技术作为一种新兴的先进体外模型，有望通过重现人体组织功能和行为，成为解决这一难题的关键。

Animal Models in Drug Assessment

在过去的几十年里，动物模型一直是药物评估的金标准，提供了关于毒性和化合物效力的重要见解。然而，在OA评估中，动物模型存在显著的局限性，主要是其与人类生理学的转化相关性差。解剖学、生物力学和免疫学差异导致疾病发生和药物反应存在差异。动物模型虽然可以表现出软骨退化或关节炎症，但很少能捕捉到人类OA患者所表现的慢性、异质性和疼痛表型。此外，OA通常通过手术或基因修饰人工诱导，不能准确反映人类疾病的自然病程。

From 2D culture to OOC technologies

2D体外检测的发展已有100多年历史，至今仍是科学家广泛使用的技术起点。然而，2D培养无法模拟适当的生理环境，细胞往往呈现更纤维化的表型。20世纪末，三维培养系统在微孔板形式中得到发展，3D模型由细胞聚集体或嵌入3D水凝胶基质中的细胞组成，改善了组织结构。另一种方法是使用组织外植体，特别是在OA研究中，外植体模型保留了大部分天然细胞外基质、细胞多样性和结构组织，但其可用性有限，供体变异性大，培养周期短，且难以维持精确的环境控制。

尽管2D和3D模型有助于评估OA病理生理学，但它们仍远未模拟人体中的生理和疾病状态。生化和生物力学线索影响细胞并改变其表型和成熟度，导致结果可能存在偏差。相比之下，组织外植体提供了天然组织结构的忠实代表，但其有限的可用性和供体依赖性变异性限制了生成全面生物学评估所需的稳健数据集。

2010年，Donald Ingber及其团队设计了第一个肺芯片模型，引入了组织或器官芯片的概念。从那时起，这种“先进”的体外模型或OOC领域正在成为体外检测评估的新金标准。

What are OOCs models?

OOC或微生理系统（Micro-physiological systems）是呈现驻留在透明微流控芯片中的微型化工程组织的设备。本质上，它是一种旨在重现体外组织或器官特征的微型设备。在这些设备中，可以以高度可控的方式添加不同的细胞类型和水凝胶。它们将生物工程构建体提供的当前3D结构复杂性与完全受控的周围环境相结合。OOC的主要目标是模仿人类生理学的关键方面，并完全控制多个变量，如结构组织、生物力学和/或生化刺激。此外，由于该技术是在微型化设备中，它允许使用显著更少的生物材料进行并行化，这在人类材料稀缺时是理想的。

目前采用的标准材料是聚二甲基硅氧烷（PDMS），这是一种广泛使用的硅聚合物。选择PDMS是基于其易用性、气体渗透性、透明度、弹性和低廉的生产成本。然而，该材料会吸收小的疏水性分子，这使得评估特定类型的药物化合物具有挑战性。此外，随着该技术是在大学实验室环境中开发的，没有立即关注设备的大规模可制造性。因此，近年来，采用了更“标准”的体外细胞培养材料，如聚酯或热塑性弹性体。这些材料可以轻松用于大规模工业加工，如注塑成型，使生产快速且廉价。

OOC的典型制造过程，无论使用何种材料，都需要创建一个呈现工程特征的模具，这些特征旨在重现人类组织生理学。模具可以通过3D打印技术、微铣削加工或更标准的光刻技术制造。生产技术根据设备的特征要求而变化。特征尺寸越小，微米量级，制造所需的复杂性和精度就越高。接下来，将材料铸造或放置在模具上，并根据不同的制造工艺获得模具的负形状。新形成的设备然后与同一材料的第二表面或具有不同特性的材料结合，OOC设备最终完成。然后对设备进行灭菌和包装，准备用于研发目的。

Organ-on-Chip Technologies: Bridging Biological Complexity and Experimental Control

OOC作为下一代体外模型出现的主要优势之一在于其模块化、适应性和对特定实验参数的控制。这些先进的体外模型能够通过受控的生化和生物力学变量精确操纵细胞微环境，这些变量已知会严重影响细胞表型和功能。例如，Delannoy等人设计了一个带有48个离散OOC设备的微孔板，其中创建了血管并可以添加炎症刺激以评估血管通透性。该平台是并行化和在连续剪切应力影响下内皮细胞生物力学评估的一个很好的例子。Wevers等人创建了一个可灌注的血脑屏障，可以评估屏障功能和抗体转运。其他平台已被开发用于研究通过化学梯度的定向细胞迁移。Os等人开发了一个外渗模型，通过使用趋化因子使免疫外渗并迁移到3D水凝胶结构中。该技术可用于研究炎症性疾病（如类风湿性关节炎）中的免疫细胞行为。Liu等人引入了一个模型，允许生成梯度系列以评估神经白细胞素对软骨细胞增殖的影响。该平台通过简单的几何配置，在培养室上具有不同的梯度比。最后，由于该技术源自微机电系统（MEMS），几种技术已经集成了能够捕获电信号或生化输出的生物传感器。

总的来说，OOC技术显著增强了生物模型的复杂性和保真度，允许重现人类生理和病理特征的关键方面，同时保持对多个微环境参数的实验控制。这使OOC成为剖析细胞对体外定义刺激的机制反应的强大分析工具。

Societal and Regulatory Adoption of OOC Technology: Current Perspectives

在过去的二十年里，科学范式在概念框架和方法论上都经历了重大转变。50年动物模型的低转化性为可能更好地模拟人类生理环境的新解决方案开辟了道路。随着2011年美国研究机构启动“人体芯片”项目，开发这种基于人类的先进OOC已成为药物开发、毒性和安全性可靠人类样生物学检测开发的主要目标。

因此，多年来，围绕这项技术的社区已经扩大，导致两个主要和最知名会议的发展。欧洲OOC协会（EUROOCs）是一个非营利组织，旨在鼓励采用OOC设备，受众包括公众、政府机构、慈善机构、研究团体、大学、工业界、制药行业、OOC制造商和生物技术公司。微生理系统世界峰会（MPS world summit）是一个旨在建立和实施OOC并协调将其纳入药物开发监管过程的方法的会议。

尽管在评估生物反应方面非常有用，但这些模型需要适当的标准化和验证。标准化意味着采用标准化的ISO流程来执行设备的制造。因此，欧盟已在NEN内建立了一个专家库，目前正在制定旨在标准化这些模型的路线图。虽然刚刚起步，但世界各地已成立了不同的工作组来制定ISO标准。

随着OOC技术复杂性和采用度的扩大，EMA和FDA开始解决验证过程的需求，以将这些分析工具整合到药物开发的监管流程中。在欧洲，创新任务组旨在支持评估在何处可以使用先进的体外技术减少动物使用。FDA已为OOC设备设立了专项资金，并目前正根据其技术与不同的OOC制造商建立合作。这些举措旨在逐步淘汰动物试验，并在临床前IND申报中引入OOC技术作为替代方案。

OOC可被视为用于评估药物效力或毒性的分析工具。因此，这些检测的验证对于获得监管接受至关重要。EMA将分析方法的验证定义为证明方法适用于其预期目的的过程，特别是在测试药物物质和药物产品质量的背景下。应考虑的一些关键参数包括准确性、精密度、特异性、线性等。欧洲另一个感兴趣的主要机构是欧盟动物试验替代方法参考实验室（EURL ECVAM）。该机构是联合研究中心（JRC）的一个组成部分，用于在安全性背景下验证这些模型。

重要的是要理解这种变化如何影响生物技术公司，以及这项技术将如何逐步实施并用作替代方案。事实上，欧盟及其2010年指令以及美国及其现代化法案2.0和现在的3.0都强调“如果有可能的替代方案，则不需要使用动物”。因此，动物需求的逐步减少将使用像OOC这样的替代技术对药物进行适当的生物学评估。

Joint tissues and anatomical structures: Building blocks for in vitro modelling

人类关节是一个复杂的解剖系统，由多个高度特化的组织组成，这些组织共同作用以实现负荷承载、运动和稳态。因此，关节生理学和病理生理学的体外建模需要详细了解关节中存在的每种组织的关键结构、生化和生物力学成分。

滑膜关节的核心是关节软骨，这是一种无血管的负荷承载组织，为关节提供低摩擦、耐磨的表面。主要由嵌入富含II型胶原和蛋白聚糖的细胞外基质中的软骨细胞组成，其功能是减震器。关节软骨下方是软骨下骨，一层薄薄的矿化组织，进一步支撑施加在软骨上的机械负荷。该组织对机械力高度敏感，并在响应疾病过程（如骨关节炎）时发生重大变化。该组织中存在的关键细胞类型是成骨细胞、破骨细胞、骨细胞和骨衬细胞，它们通过血管网络接收营养。

包裹关节的是滑膜。该组织呈现滑膜衬里层和衬下层。衬里层面向关节内部并与滑液直接接触，包含滑膜成纤维细胞和巨噬细胞的组合。衬下层呈现血管化和神经支配。该组织在产生滑液方面起着至关重要的作用，滑液有助于润滑和营养交换。

肌腱通过将力从肌肉传递到骨骼以实现关节运动，起到独特的生物力学作用。它们由排列的胶原纤维、肌腱细胞和嵌入分层基质中的少量祖细胞组成。稳定关节的是韧带，纤维结缔组织，在限制关节过度运动方面起着至关重要的作用。韧带由规则排列的胶原纤维和稀疏分布的成纤维细胞组成，血管化有限。

另一个关键但常被忽视的结构是髌下脂肪垫或Hoffa脂肪垫。它是一种高度血管化和神经支配的脂肪组织，近年来已显示在关节稳态和疾病起始及进展中发挥重要作用。它呈现脂肪细胞、间充质干细胞和免疫细胞。

最后，半月板是一种纤维软骨结构，在负荷分布和减震中起关键作用。外部红区有血管化，主要 populated by 成纤维细胞样细胞，而内部区无血管，包含嵌入富含I型和II型胶原以及蛋白聚糖的致密细胞外基质中的软骨细胞样细胞。

What is currently being done in OA using these technologies

OOC技术正在逐步改变体外研究的方式。在OA和类风湿性关节炎的背景下，这些工具正变得越来越重要，OOC制造商也为希望减少动物使用的研究人员提供技术。

滑膜关节是一个“器官”，呈现一系列通过滑液沟通的不同组织。因此，复制整个关节空间目前仍然具有挑战性，需要高度复杂的系统。在此背景下，科学家们决定专注于已被认为是疾病发展和进展的主要改变者的特定组织。请注意，人体的所有关节在特征和组织类型上都有差异。本综述主要关注目前在OA背景下研究最多的膝关节。

目前的主要工作是开发软骨和滑膜。然而，许多其他组织如韧带、Hoffa脂肪垫、半月板和骨可能是重建适当关节稳态所必需的。此处提供了当前技术的概述，包括当前可用平台的优点和缺点。寻求此主题更多细节的读者鼓励查阅提供补充见解的额外已发表文献。

Cartilage-on-chip

透明关节软骨是覆盖滑膜关节中骨骼表面的组织。它是一种无血管化的组织，能够维持关节的周期性运动。它呈现一种细胞类型，即软骨细胞，并具有非常特殊的结构，有助于其减震功能。软骨是OA研究中最受关注的组织之一，关于OOC技术也是如此。

第一个已知的“软骨芯片”模型工作是Donghee Lee等人在2018年完成的。该技术允许对包含软骨细胞的3D水凝胶进行循环机械刺激。该模型允许使用可通过压力泵偏转的弹性膜进行不同程度的刺激。有趣的是系统的大小，使单个单元比硬币还小。尽管在生物学反应方面尚未完全验证，但它首次展示了在中等到高通量中并行化机械刺激的可能性。

第二个众所周知的例子是Occhetta等人。软骨芯片模型以与Lee等人相同的方式施加机械刺激力。在他们的研究中，他们成功地对细胞施加生理和超生理力，并重现类似于自然界中可见的炎症刺激。该技术的主要缺点之一是模型中接种的细胞数量并不代表生理膝关节的细胞密度，而是更像产前软骨形成条件。尽管如此，该技术显示了OOC技术在OA背景下的明显潜力。

关节中的软骨经历压缩和剪切应力。因此，Rosser等人专注于对3D结构上的软骨细胞施加的剪切应力。在这里，为了验证他们的模型，他们使用了马软骨细胞，并可以影响关键软骨标记物如Sox9、聚集蛋白聚糖和II型胶原的表达。有趣的是，他们专注于技术的并行化和系统的潜在用户友好性。由于模型中缺少压缩力，很难评估该技术是否能完全复制人类生理学。然而，该技术是文献中出现的并行化和用户友好性的首批例子之一。此外，其复杂性比当前采用的标准2D或3D模型更具代表性。

Paggi等人开发了一种软骨芯片技术，呈现能够重现压缩和剪切应变的机械驱动模型。该模型允许实时可视化包含人类软骨细胞的3D构建体。该模型是首个在多方向刺激方面的模型，并在结合压缩和剪切应变以产生更高的聚集蛋白聚糖和II型胶原细胞外基质生产方面显示出明显优势。该技术的最大缺点是复杂性和并行化。这使得先进的体外设备难以在标准实验室环境中转化。尽管如此，该模型在生物力学刺激方面是最接近的，并提供了关于施加于人类软骨细胞的力的重要性的清晰解释。

Hao等人开发了一种用于软骨芯片模型的磁机械刺激水凝胶。在这里，作者研究了使用磁响应（NdFeB）/Poly-GelMA-HAMA水凝胶薄膜来调节对C28/I2细胞的应变。他们成功生成了不同的应变水平和频率，复制了生理和超生理刺激。通过调节20-30%之间的应变水平，他们显示了特征性骨关节炎标记物COL I、-X、MMP-13、ADAMTS-5的上调。这项工作提供了一个很好的例子，说明水凝胶开发和微流控等不同领域的结合如何为研究者提供更好的工具来体外代表人类生理学。该模型仍处于起步阶段，因为没有使用人类原代细胞来评估是否可以达到类似的反应。

另一个机械刺激软骨芯片平台的精致例子是Qin等人的平台。该研究首次在软骨芯片平台内集成了灵活、可拉伸的电化学传感器。该传感器允许实时监测软骨细胞释放的NO。这项技术进步提供了无法用当前体外或体内模型模拟的见解，提供了一种评估生物反应的全新方式。尽管如此，该技术难以生产，并且潜在大规模制造的可扩展性可能具有挑战性。

Zhao等人开发了一种专注于使用灌注系统进行快速药物评估的软骨芯片技术，显示药物在缓解OA方面的效力。在这里，装载有GelMA的小鼠软骨细胞位于与连接到蠕动泵的培养基通道相邻的微孔中。有趣的是，除了进行药效反应的可能性之外，还有可能完全自动化过程，减少手动操作步骤。该模型的缺点是没有主动的机械刺激，这被报道是基质或疾病进展的关键方面，以及使用小鼠而非人类细胞。尽管如此，该技术是自动化的精致例子，以及如何为药物筛选评估重新创建并行化。

Upadhyay等人使用生物墨水和复合水凝胶与微流控设备相结合，在体外诱导软骨形成，结合了基质和剪切压力效应的效果。MSCs与dECM富集水凝胶在微流控剪切应力下的结合导致软骨特异性标记物如II型胶原、聚集蛋白聚糖和层粘连蛋白的表达上调，表明软骨形成。该工具再次允许自动化和评估治疗效力的可能性。然而，该模型制造起来相当复杂，并且由于专业化的水凝胶需要高度培训的人员。

总的来说，世界各地不同小组获得的结果显示了OOC技术如何成为复制软骨生理学特定方面的游戏规则改变者。此外，这些模型正逐步走向先进的体外自动化，这可能带来更准确和可重复的结果。

Synovial membrane-on-chip

滑膜是关节内最复杂的组织之一。它保留滑液同时为关节提供免疫调节能力。它包括2个不同的层，一个滑膜衬里层和一个更深的衬下层。由于它是关节稳态的关键调节器之一，滑膜芯片技术已被开发以更好地评估该组织的功能。

Thompson等人创建了一个血管化和机械刺激的滑膜芯片系统，以研究滑膜炎症和单核细胞募集。这项工作很有趣，因为它显示了不同应变对成纤维细胞样滑膜细胞影响其结构组织的方式。此外，通过添加炎症细胞因子（例如IL-1β），可以增加炎症标记物如IL-6或MMP-1。该模型还用于评估单核细胞迁移，尽管该技术并非以准确的方式设计来适当模拟血管层。因此，尽管检测到单核细胞迁移，但这是否能有效代表体内单核细胞从管状血管外渗的行为仍值得怀疑。Rothbauer等人设计了一个使用带有生物传感的3D滑膜芯片来模拟炎症性关节炎的模型。TNF-α添加到系统中影响了炎症条件下的几个突出细胞因子（例如IL-6、IL-8、MMP-1、MMP-3）。3D环境允许滑膜成纤维细胞的重塑和评估它们在炎症条件下的迁移和增殖性质。潜在的后续工作将需要在模型中添加血管和免疫系统以达到更高的复杂性，从而允许适当的疾病反应评估。Liu等人开发了一个模型来评估骨滑膜模型中成纤维细胞滑膜细胞的迁移。在这里，尽管该模型使用了SW982癌细胞系，但它显示当靠近破骨细胞RAW264.7细胞时，滑膜成纤维细胞迁移行为增加。最后，Lee等人研究了一个滑膜芯片模型，他们研究了成纤维细胞-巨噬细胞的串扰。团队专注于成纤维细胞样滑膜细胞和M2c巨噬细胞样滑膜细胞嵌入定制的胶原/藻酸盐混合水凝胶中以模拟滑膜细胞外基质刚度。该设备能够复制滑膜衬里层，具有关键标记物如Zo-1、CLDN5、TREM2和VSI4的特定表达。有趣的是，该团队也是第一个在OOC平台上模拟痛风的团队。该平台具有评估免疫串扰的能力，但是，它缺乏流体流动，并且它显示了来自单个巨噬细胞供体的结果，这可能限制了所执行的主张。尽管如此，该技术显示了我们可以根据所问问题多么接近地模拟特定的生物反应。

总的来说，呈现的技术提供了关于OOC技术在免疫调节和组织-组织相互作用背景下的潜力的初步见解。

Osteochondral-on-chip

骨软骨组织由关节软骨和软骨下骨组成。这种复合结构在减震中至关重要。在OA期间，这种结构受到高度影响，并且通常通过组织学用于评估动物模型中的疾病阶段。由于其相关性，骨软骨结构已被世界各地的几个小组研究。

Lin等人在2014年开发了第一个基于干细胞的微生理骨软骨系统。该模型由一个生物反应器组成，呈现两个通过两个独立培养基流连接的室，以为软骨和骨室分别提供特定营养。团队成功分化了人类骨髓细胞，具有清晰的组织特异性基因表达和基质生产。此外，该研究表明，骨室的IL-1β处理导致强烈的分解代谢活动。同一团队开发了一个人类诱导多能干细胞（iPSC）衍生的骨软骨组织芯片，用于评估OA。该模型包括iPSC分化为间充质祖细胞，具有成为软骨细胞或成骨细胞的潜力。细胞被封装在光交联明胶支架中，在双流生物反应器中培养，允许根据室补充软骨形成或成骨培养基。该模型用于研究炎症并观察选择性COX-2抑制剂塞来昔布对OA的治疗效果。这是第一个能够在微生理系统中重现软骨和骨的模型。这项精致技术中唯一两个问题是漫长的过程，具有可能不成功的不同分化步骤，以及可扩展性/标准化。

Tuerlings等人使用分化为软骨形成和成骨谱系的人类间充质干细胞开发了一个人类骨软骨单元芯片模型。微流控平台集成了一种聚己内酯基质，细胞被接种其中，骨和软骨组织形成，同时使用动态流提供营养。尽管仅是一个概念验证，但该模型能够使用甲状腺激素处理在平台上 resemble some of the characteristics of OA-like conditions。与其他模型一样，主要限制是由于使用高度特异性的水凝胶和相对较短培养条件导致的系统复杂性。尽管如此，该技术显示了未来药物效力研究的高潜力。

另一个有趣的骨软骨芯片模型是Mainardi等人的模型。团队已经开发了一个软骨芯片模型，并在2023年发表了一项工作，其中以与他们先前技术相似的几何形状，他们创建了软骨和矿化骨组织。双室结构受到组织特异性压缩的刺激，以模拟体内存在的生理和超生理行为。在这里，当对设备施加超生理负荷时，观察到炎症标记物（例如IL-8、MMP-13）的上调，随后钙沉积增加，为OA疾病机制提供了额外见解。该平台的进一步步骤将需要添加血管和免疫细胞以进一步捕捉OA的复杂性。Ong等人开发了一个微流控共培养平台，具有空间图案化的颗粒水凝胶，包含氧清除剂，以使用人类原代软骨细胞和成骨细胞的组合创建局部缺氧。缺氧环境中的软骨细胞显示HIF-1α表达升高和II型胶原增加。该平台简单，允许可扩展性以及模块化，这在复杂性增加方面提供了巨大优势。此外，骨-软骨界面可用于模拟OA中观察到的疾病相关串扰机制。尽管如此，该平台缺乏动态负荷，正如先前讨论的，这是软骨细胞细胞外基质生产的关键。

最后，Concei??o等人建立了一个性别分层的骨软骨芯片平台，以评估对炎症刺激的性别特异性反应。微流控系统呈现男性和女性OA软骨供体与非OA成骨细胞一起进入GelMA水凝胶。对系统施加连续流动，允许营养刷新以及使用IL-1β和TNF-α触发炎症刺激模式。团队发现女性软骨细胞在炎症下倾向于比男性产生更多的I型胶原。有趣的是，他们还使用纳米压痕技术评估基质刚度，使得能够在刺激前后评估3D构建体。尽管有一些限制，例如缺乏压缩或剪切应变力，该模型使科学界更接近捕捉这种组织-组织相互作用。总的来说，在骨软骨空间正在开发的技术可能最终导致捕捉无法用先前体内模型研究的OA关键方面。Concei??o等人的工作显示了考虑性别以更好地评估治疗反应的重要性。

Tendon-on-chip

肌腱是将肌肉连接到骨骼的纤维索状组织，促进关节运动。它们是力传递结构，承受拉伸、压缩和剪切力，特别是在骨插入点附近。在纤维结构中，肌腱细胞、肌腱干细胞和免疫细胞平衡修复和炎症。第一个基于人类的肌腱芯片模型的开发来自罗切斯特大学的一个团队，James McGrath作为首席科学家。肌腱芯片的开发是为了评估导致肌腱纤维化的复杂细胞相互作用。该模型呈现了一个血管和一个组织室，并设计用于细胞串扰和旁分泌信号传导。有趣的是，该技术允许模拟肌腱纤维化的特定特征，如肌成纤维细胞分化、组织收缩、纤维化细胞外基质沉积和炎症。然而，该模型目前在静态条件下运行，而肌腱处于高度动态环境中。此外，有限的复杂性可能妨碍适当的数据解释，这进一步受到潜在供体变异性的影响。尽管如此，Award等人是第一个引入第一个肌腱芯片模型的人，为这个重要组织的进一步OOC发展铺平了道路。Bakht等人开发了一个器官型3D肌腱芯片，研究具有生物物理磁纤维的生物活性水凝胶基质，以在微流控设备中具有精确的纤维排列。在这里，肌腱衍生细胞，在核心室中，与内皮细胞共培养。目的是研究肌腱驻留细胞与免疫细胞结合的时空动力学，并评估它们在炎症下的相互作用。该模型显示了清晰的细胞-细胞相互作用，T细胞募集，以及当IL-1β添加到系统时典型炎症标记物的上调。该系统的主要缺点是研究长度和缺乏主动机械刺激。尽管如此，该系统显示了稳健的结果，并提供了在体内模型中难以捕获的信息。

Ligament-on-chip

膝关节包括四个主要韧带，主要作用是稳定和帮助运动引导。其中，前交叉韧带是研究最多的，因为它是最容易断裂的，并可能在几十年内导致OA。该组织包括富含I型胶原纤维的致密规则结缔组织，具有韧带成纤维细胞、内皮和感觉神经细胞。目前唯一研究韧带的论文专注于模拟牙齿上的牙周韧带。Svanberg等人建立了一个韧带芯片模型，将患者衍生的牙周韧带细胞和内皮细胞整合在纤维蛋白水凝胶支架中。OOC模拟了血管化以及通过引入脂多糖模拟炎症条件。与其他技术一样，它允许流动，提供动态条件下细胞-细胞相互作用的评估。虽然这种韧带芯片提供了首个此类平台，但它仍然受到长期培养和可扩展性的困扰，但它可以用作潜在开发模拟前交叉韧带的OOC的可行性评估工具。特温特大学进行了初步尝试，其中评估了流体流动剪切应力对PDL-hTERT细胞系排列的影响。为了模拟准确的韧带芯片模型，应特别考虑模仿3D结构，包括纤维排列、使用的细胞和施加的刺激类型。

Hoffa fat pad-on-chip

Hoffa脂肪垫，也称为髌下脂肪垫，是关节中的软脂肪组织，在关节稳态中起重要作用，最近由于其免疫学特性而获得主要关注。它是一个高度血管化和神经支配的组织，呈现 among others, 脂肪细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、内皮细胞和神经纤维。目前，特温特大学有一个团队正在研究Hoffa脂肪垫模型，而其他团队可能处于开发阶段。基于脂肪的OOC设备已经被研究，并可以作为研究人员想要开发自己的脂肪垫芯片模型的起点。这些模型主要专注于评估肥胖和免疫炎症。Liu等人研究了人类脂肪细胞和免疫细胞（特别是U937单核细胞）在肥胖诱导炎症背景下的相互作用。该平台的优点如前所述，是动态流动，为系统提供连续营养供应，以及免疫-代谢相互作用，其中脂肪在与共培养时表现出胰岛素抵抗的迹象。缺点与先前讨论的技术相似，例如细胞系的选择、可扩展性和仍然过于简化的组织。Rogal等人开发了一个白色脂肪组织芯片，整合了所有主要细胞成分，包括成熟脂肪细胞、器官型内皮屏障、基质血管细胞包括脂肪组织巨噬细胞。该平台使用自体细胞并复制了关键脂肪组织功能，如脂质储存和内分泌活动如脂肪因子分泌。该平台具有高复杂性水平，这通常妨碍可扩展性，但它提供了如何开发复杂髌下模型的良好代表。Huff等人建立了一个基于透明质酸（HA）的水凝胶来封装人类