新加坡南洋理工大學(xué)的醫(yī)學(xué)研究人員嘗試利用一款新開發(fā)的MEMS微流體芯片,,實現(xiàn)研究心血管疾病成因及其預(yù)防的目標...
對于研究心血管疾病的成因和預(yù)防方法,,未來將不僅局限于解剖老鼠或在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)心臟細胞。在新加坡南洋理工大學(xué)(Nanyang Technological University),醫(yī)學(xué)研究人員正嘗試利用一款新開發(fā)的微機電系統(tǒng)(MEMS)微流體芯片,來實現(xiàn)這一目標。
該芯片模擬了當脂肪和膽固醇積聚在內(nèi)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(chǎn)生的動脈粥狀硬化(atherosclerosis)限制血液流動,,并可能導(dǎo)致心臟病發(fā)作。該芯片的關(guān)鍵在于能夠模擬心臟血管細胞的發(fā)炎反應(yīng)——這種反應(yīng)可能導(dǎo)致血液供應(yīng)阻斷,。如果這些反應(yīng)能被抑制,,那么心臟病就不會發(fā)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,,然后再用真實血液模擬需要消除的發(fā)炎反應(yīng),以防止心臟病發(fā)作,。因為在芯片上可以密切觀察到血管內(nèi)壁細胞的反應(yīng),,所以研究小組聲稱他們的動脈粥狀硬化建模方法,遠遠優(yōu)于使用培養(yǎng)細胞或?qū)嶒炇覄游锝l件的方法,。
該研究小組希望學(xué)習(xí)如何透過多種手段來調(diào)節(jié)血管收縮,,以防止或至少減輕心臟病發(fā)作。到目前為止,,研究人員專注于心臟血流的整體生物力學(xué),,并精確地為心臟血管的形狀和幾何結(jié)構(gòu)建模,以查明血管收縮原因,。
這個僅方寸之間的芯片擁有兩個堆疊的腔室,,透過軟性聚合物膜隔開,以模擬導(dǎo)致心臟病發(fā)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(yǎng)內(nèi)皮細胞(endothelial cells),使其充滿流體填充室,。該系統(tǒng)透過將空氣泵送到軟性充氣室中來操作,,從而推動薄膜以模擬阻塞動脈中受限制的血流。
在芯片上建模動脈粥狀硬化,,并評估血管的狹窄和血液的健康狀況,,以預(yù)防心臟病發(fā)作 ,。
研究人員發(fā)現(xiàn),隨著血管堵塞情況的加劇,,內(nèi)皮細胞釋放出一種導(dǎo)致動脈粥狀硬化的蛋白質(zhì),。當使用真實血液模擬時,免疫細胞的積聚會更快發(fā)展成動脈堵塞斑塊的脂質(zhì),。
據(jù)芯片研發(fā)負責(zé)人Han Wei Hou介紹,,該芯片能準確地模擬這些已知的心臟病前兆,使其成為測試新療法的理想裝置,。