對於研究心血管疾病的成因和預防方法, 未來將不僅局限於解剖老鼠或在培養皿中培養心臟細胞. 在新加坡南洋理工大學(Nanyang Technological University), 醫學研究人員正嘗試利用一款新開發的微機電系統(MEMS)微流體晶片, 來實現這一目標.
該晶片類比了當脂肪和膽固醇積聚在內部動脈壁斑塊時, 動脈中的精確血流情況. 在活組織中, 由此產生的動脈粥狀硬化(atherosclerosis)限制血液流動, 並可能導致心臟病發作. 該晶片的關鍵在於能夠類比心臟血管細胞的發炎反應——這種反應可能導致血液供應阻斷. 如果這些反應能被抑制, 那麼心臟病就不會發生.
實驗中, 研究人員首先使用人造血液來完善透過微流體 '血管' 的流動通道, 然後再用真實血液類比需要消除的發炎反應, 以防止心臟病發作. 因為在晶片上可以密切觀察到血管內壁細胞的反應, 所以研究小組聲稱他們的動脈粥狀硬化建模方法, 遠遠優於使用培養細胞或實驗室動物建模條件的方法.
該研究小組希望學習如何透過多種手段來調節血管收縮, 以防止或至少減輕心臟病發作. 到目前為止, 研究人員專註於心臟血流的整體生物力學, 並精確地為心臟血管的形狀和幾何結構建模, 以查明血管收縮原因.
這個僅方寸之間的晶片擁有兩個堆疊的腔室, 透過軟性聚合物膜隔開, 以類比導致心臟病發作的情況. 底部腔室包含壓縮空氣, 頂部腔室包含血液(或血樣測試流體). 為了準確地建模一顆真實的心臟, 研究人員從冠狀靜脈培養內皮細胞(endothelial cells), 使其充滿流體填充室. 該系統透過將空氣泵送到軟性充氣室中來操作, 從而推動薄膜以類比阻塞動脈中受限制的血流.
研究人員發現, 隨著血管堵塞情況的加劇, 內皮細胞釋放出一種導致動脈粥狀硬化的蛋白質. 當使用真實血液類比時, 免疫細胞的積聚會更快發展成動脈堵塞斑塊的脂質.
據晶片研發負責人Han Wei Hou介紹, 該晶片能準確地類比這些已知的心臟病前兆, 使其成為測試新療法的理想裝置.
該團隊在這幾篇文章中詳述了研究成果: '晶片上動脈粥狀硬化: 可調諧3D狹窄血管微裝置' (Atherosclerosis-on-a-Chip: A Tunable 3D Stenotic Blood Vessel Microdevice), 以及在1月2日發表的一篇文章 '一種可調諧的微流體3D狹窄模型, 用於研究動脈粥狀硬化中的白細胞——內皮相互作用' (A tunable microfluidic 3D stenosis model to study leukocyte-endothelial interactions in atherosclerosis).
編譯: Luffy Liu