Microengineered diabetic wound-on-a-chip model for emulating chronic wound dynamics

细胞外基质 基质凝胶 伤口愈合 糖尿病 医学 糖基化 炎症 细胞生物学 成纤维细胞 去细胞化 肌成纤维细胞 再生医学 组织工程 下调和上调 生物信息学 促炎细胞因子 内皮干细胞 糖尿病足 免疫荧光 新生血管 慢性伤口 病理 细胞因子 血管生成 内皮 生物 多路复用 免疫学 多糖 化学 纤维化
作者
Shivam Sharma,Anil Kishen
出处
期刊:Lab on a Chip [Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (23): 6290-6305 被引量:3
标识
DOI:10.1039/d5lc00500k
摘要

systems and animal models often fail to replicate the intricate cellular interactions and microenvironmental complexity of human diabetic wounds. To address this gap, a humanized 3D diabetic wound-on-a-chip (DWOC) model was developed to simulate key aspects of diabetic wound pathology under physiologically relevant conditions. This four-channel microfluidic platform integrates human dermal fibroblasts and macrophages within a collagen I matrix to mimic the dermis, alongside endothelial cells embedded in Matrigel to represent the vascular compartment. The system was subjected to hyperglycemic conditions with added advanced glycation end-products (AGEs) and lipopolysaccharide (LPS), alongside normoglycemic controls. Cellular viability, extracellular matrix (ECM) remodeling, myofibroblast differentiation, angiogenesis, and intercellular signaling were assessed using immunofluorescence markers (CD68, α-SMA, CD31, VE-cadherin, SLUG). Cytokine profiling (ELISA, multiplex assays) evaluated inflammatory responses. The DWOC effectively replicated hallmarks of diabetic wound pathology, including impaired ECM remodeling, disrupted dermal-vascular cell crosstalk, defective angiogenesis, and signs of endothelial-to-mesenchymal transition (EndMT) in endothelial cells under diabetic stress. Elevated pro-inflammatory markers (IL-1β, TNF-α, MMP9) and reduced anti-inflammatory/angiogenic factors (IL-10, VEGF-A) reflected the chronic inflammatory and angiogenic imbalance characteristic of non-healing diabetic ulcers. This advanced DWOC platform offers a physiologically relevant, human-specific model for studying diabetic wound healing, highlighting endothelial-to-mesenchymal transition as a critical pathological feature and enabling preclinical evaluation of targeted therapies.
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