科學家開發(fā)出模擬心臟病的器官芯片

當研究疾病或者測試潛在的藥物療法時，研究人員通常借助于培養(yǎng)皿中的細胞或者利用實驗室動物開展的試驗。但最近，科學家開發(fā)出一種不同的方法：能模擬人類器官功能并且可充當更廉價和更高效工具的器官芯片小型設備。

現在，研究人員創(chuàng)建了一種尤其適合建立動脈粥樣硬化模型的新設備。動脈粥樣硬化是導致心臟病和中風的首要原因。在一篇1月2日發(fā)表于美國物理聯合會出版集團所屬《應用物理快報—生物工程》雜志的論文中，研究人員展示了新設備如何被用于研究血管細胞中發(fā)生的重要炎癥反應。這種方式是無法利用動物模型實現的。

“動脈粥樣硬化是一種非常重要和復雜的疾病?！毙录悠履涎罄砉ご髮W生物醫(yī)學工程師Han Wei Hou介紹說。當脂肪、膽固醇和血液中的其他物質形成在動脈壁內層堆積的斑塊時，這種疾病便會出現。

理解是什么在調控這種異常的血管收縮，對于研究和治療血管疾病以及預防急性心肌梗死至關重要。Hou表示，當研究人員此前開發(fā)出針對血管的器官芯片模型時，這些設備更多地關注重新創(chuàng)建血管的生物復雜性，而非其形狀和幾何結構——動脈粥樣硬化的關鍵因素?！霸摷膊〔粌H涉及內皮功能紊亂的生物學方面，還和血液流動的生物力學相關?！?/span>

為此，研究人員創(chuàng)建了一種裝在1平方英寸芯片上的設備。該設備含有兩個由很薄的聚合物柔性膜隔開的堆疊腔室。底部含有空氣，上方則含有在機械性能上同血液類似的流動流體。研究人員在膜上方充滿流體的腔室內生長出排列在血管內部的內皮細胞。隨后，他們將空氣抽進底部腔室，從而使腔室像氣球一樣伸展并且形成阻止流體流動的氣泡。這一過程模擬了血管收縮。

充滿流體的腔室收縮，導致流體在某些區(qū)域更快地流動并在另外一些區(qū)域流動得更慢。當研究人員在持續(xù)但緩慢的流體流動條件下生長細胞時，內皮細胞能長出并表達一種名為ICAM-1的蛋白。該蛋白同炎癥存在關聯，并且在動脈粥樣硬化的發(fā)展過程中起到重要作用。

研究人員發(fā)現，當用人類血液替代細胞培養(yǎng)基時，更多的被稱為單核細胞的免疫細胞在低流速區(qū)同內皮細胞結合。單核細胞是導致脂質堆積的主要原因，而脂質堆積最終會發(fā)展成引發(fā)動脈粥樣硬化的斑塊。