对于研究心血管疾病的成因和预防方法, 未来将不仅局限于解剖老鼠或在培养皿中培养心脏细胞. 在新加坡南洋理工大学(Nanyang Technological University), 医学研究人员正尝试利用一款新开发的微机电系统(MEMS)微流体芯片, 来实现这一目标.
该芯片模拟了当脂肪和胆固醇积聚在内部动脉壁斑块时, 动脉中的精确血流情况. 在活组织中, 由此产生的动脉粥状硬化(atherosclerosis)限制血液流动, 并可能导致心脏病发作. 该芯片的关键在于能够模拟心脏血管细胞的发炎反应——这种反应可能导致血液供应阻断. 如果这些反应能被抑制, 那么心脏病就不会发生.
实验中, 研究人员首先使用人造血液来完善透过微流体 '血管' 的流动通道, 然后再用真实血液模拟需要消除的发炎反应, 以防止心脏病发作. 因为在芯片上可以密切观察到血管内壁细胞的反应, 所以研究小组声称他们的动脉粥状硬化建模方法, 远远优于使用培养细胞或实验室动物建模条件的方法.
该研究小组希望学习如何透过多种手段来调节血管收缩, 以防止或至少减轻心脏病发作. 到目前为止, 研究人员专注于心脏血流的整体生物力学, 并精确地为心脏血管的形状和几何结构建模, 以查明血管收缩原因.
这个仅方寸之间的芯片拥有两个堆叠的腔室, 透过软性聚合物膜隔开, 以模拟导致心脏病发作的情况. 底部腔室包含压缩空气, 顶部腔室包含血液(或血样测试流体). 为了准确地建模一颗真实的心脏, 研究人员从冠状静脉培养内皮细胞(endothelial cells), 使其充满流体填充室. 该系统透过将空气泵送到软性充气室中来操作, 从而推动薄膜以模拟阻塞动脉中受限制的血流.
研究人员发现, 随着血管堵塞情况的加剧, 内皮细胞释放出一种导致动脉粥状硬化的蛋白质. 当使用真实血液模拟时, 免疫细胞的积聚会更快发展成动脉堵塞斑块的脂质.
据芯片研发负责人Han Wei Hou介绍, 该芯片能准确地模拟这些已知的心脏病前兆, 使其成为测试新疗法的理想装置.
该团队在这几篇文章中详述了研究成果: '芯片上动脉粥状硬化: 可调谐3D狭窄血管微装置' (Atherosclerosis-on-a-Chip: A Tunable 3D Stenotic Blood Vessel Microdevice), 以及在1月2日发表的一篇文章 '一种可调谐的微流体3D狭窄模型, 用于研究动脉粥状硬化中的白细胞——内皮相互作用' (A tunable microfluidic 3D stenosis model to study leukocyte-endothelial interactions in atherosclerosis).
编译: Luffy Liu