2026年6月11日，南京大学生物医学工程学院陈伟强教授团队在 Nature Protocols 在线发表题为 “An immunocompetent bone marrow-on-a-chip model for studying human hematological malignancies and preclinical therapeutic screening” 的实验方案论文。论文系统介绍了一种具免疫功能的人源三维骨髓芯片微生理系统，为体外研究白血病等骨髓相关血液系统恶性肿瘤、解析疾病微环境以及开展个体化治疗响应评估提供了可复现的技术路线。

白血病及其他骨髓相关血液系统恶性肿瘤的发生发展，与骨髓微环境中的基质细胞、造血细胞、血管结构和免疫反应密切相关。传统体外模型往往难以同时重现骨髓组织的空间结构、细胞互作和患者特异性免疫反应；动物模型又存在物种差异、周期长和临床转化预测能力受限等问题。这些限制使得研究者在揭示疾病机制、优化免疫治疗策略以及筛选患者适配疗法时，亟需更接近人体病理生理状态的实验平台。

针对这一挑战，陈伟强教授团队构建了三维仿生微流控骨髓芯片。该芯片通过在血管化微环境中共培养基质细胞和造血细胞，模拟天然骨髓的微结构和关键功能特征，并可引入患者细胞样本，从而在体外建立更贴近个体疾病状态的免疫活性骨髓微环境。与常规模型相比，该平台不仅能够观察肿瘤细胞与骨髓生态位之间的动态相互作用，还可用于模拟CAR-T细胞免疫治疗、化疗等干预过程中的缓解、耐药和复发等临床相关反应。

图1 微流控骨髓芯片示意图

该论文对骨髓芯片的设计、加工、细胞接种、模型建立、治疗测试和多维度检测流程进行了详尽说明。根据论文介绍，骨髓芯片模型的建立以及后续治疗测试仅需 14天。平台支持活细胞成像、免疫荧光、细胞因子谱检测、流式细胞术和单细胞测序等多重读出，使研究者能够从空间、时间和分子层面综合评估治疗反应。

图2 骨髓芯片模型建立流程与时间线

值得关注的是，该方案强调“具免疫功能”的骨髓芯片构建思路。通过在可控微流控体系中保留并重现关键免疫细胞行为，研究者能够实时观察 CAR-T 细胞在骨髓样微环境中的迁移、识别、杀伤与功能变化，并进一步比较不同患者样本对治疗的差异化响应。这为血液肿瘤免疫治疗的机制研究、疗效预测和临床前筛选提供了新的工程化工具，也为精准医学场景下的个体化治疗评估奠定了方法学基础。

图3 骨髓芯片在血液肿瘤机制研究与临床前治疗筛选中的应用

Nature Protocols 重点发表经过验证、可被其他实验室重复执行的高质量实验流程。此次论文的发表，不仅凝练了团队在肿瘤芯片、器官芯片与血液肿瘤微环境建模方面的长期积累，也将具免疫功能的人源骨髓芯片从研究模型推进为可共享、可推广的标准化实验方案。该成果有望促进微流控工程、肿瘤生物学、免疫治疗和药物筛选等方向的交叉融合，为白血病等血液系统恶性肿瘤的转化研究提供重要支撑。

论文信息：

· Huishu Wang, Lunan Liu & Weiqiang Chen. An immunocompetent bone marrow-on-a-chip model for studying human hematological malignancies and preclinical therapeutic screening. Nature Protocols (2026).

· 发表日期：2026年6月11日

· DOI：https://doi.org/10.1038/s41596-026-01387-1

· 原文链接：https://www.nature.com/articles/s41596-026-01387-1