神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育是一個高度動態(tài)和極其復雜的過程。動物生命有機體需要產(chǎn)生足夠數(shù)量的神經(jīng)元，并引導這些微環(huán)境敏感的神經(jīng)元完成軸突延伸、樹突分支和突觸形成，實現(xiàn)高度精確和特異性的神經(jīng)連接，進而實現(xiàn)有機體各生理功能的相互協(xié)調。神經(jīng)軸突導向在這一過程中則起到了至關重要的作用。軸突前端的生長錐，通過探測和識別胞外環(huán)境中的不同信號（吸引和排斥），并將信號轉化為化學趨向性反應，實現(xiàn)精確軸突導向。建立體外仿生的組織細胞外微環(huán)境，探索和理解這些錯綜復雜的神經(jīng)發(fā)育過程（例如：吸引和排斥信號整合引導軸突延伸）對神經(jīng)科學、發(fā)育生物學及臨床醫(yī)學都具有極大的科學研究與應用價值。然而，目前國內外學者研究主要集中于單因素誘導的神經(jīng)發(fā)育，對于多誘導因素參與的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育微環(huán)境體外構建及其技術與方法，還有待進一步解決。

中南大學基礎醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系劉文明課題組和西北農(nóng)林科技大學化學與藥學院王進義課題組針對這一問題，采用微流控芯片技術，并通過在特定微管道內引入水凝膠材料，成功實現(xiàn)了不同生化分子在不同方向濃度梯度發(fā)生的微尺度、時間與空間控制，驗證了多向水凝膠屏障可滿足芯片內快捷、穩(wěn)定、長時間的單一線性和雙輻射化學濃度梯度的無剪切力發(fā)生；進一步，基于微流控精確流體操作，完成了芯片內的鼠原代皮質神經(jīng)元培養(yǎng)，并使其保持高活性、代表性神經(jīng)元表型和神經(jīng)突起生長及延伸；重要的是，通過實驗研究證實了該芯片模型可用于神經(jīng)導向吸引與排斥因子梯度共存微環(huán)境下的軸突導向研究。該研究建立的微流控多梯度芯片為探究神經(jīng)發(fā)生、發(fā)展及再生提供了一很好的微尺度操作與分析原型平臺。研究者認為，這一方法學進展有助于優(yōu)化設計和仿生構建可時空控制的多重濃度梯度組織微環(huán)境系統(tǒng)，在神經(jīng)生物學、腫瘤學、炎癥、及精準醫(yī)療等領域均具有重要的應用研究潛力。