一种芯片疾病的片内装置

在研究疾病或测试潜在的药物疗法时，研究人员通常转向培养的细胞或用实验室动物进行实验，但最近，研究人员一直在开发一种不同的方法：小型的器官芯片装置模仿功能人体器官，用作潜在更便宜和更有效的工具。

现在，研究人员建立了一个特别适合在动脉粥样硬化 - 造型的新设备 - 收缩血船只是心脏病发作和中风的主要原因。本周出现的纸张APL生物工程研究人员展示了这种新设备如何用于研究人体中重要的炎症反应细胞这在动物模型中是做不到的。该研究小组还解释了这种芯片上的器官如何改善患者的血液检测。

“动脉粥样硬化是一种非常重要和复杂的疾病，”新加坡南洋科技大学的生物医学工程师汉伟侯说。它在血液形成斑块中的脂肪，胆固醇和其他物质时产生积聚在动脉内壁上的斑块。这种堆积限制了血管，导致心血管疾病。

了解是什么调节这种异常血管收缩对于研究和治疗血管疾病以及预防急性心脏骤停至关重要。侯教授说，虽然研究人员先前已经开发了血管芯片上的器官模型，但这些设备更多地专注于再现血管的生物复杂性，而不是其形状和几何形状，而这些是动脉粥样硬化的关键因素。“它不仅涉及内皮功能障碍的生物学方面，而且还涉及内皮功能障碍的生物力学血流量。"

为了解决血流，研究人员建造了一种适合单个平方英寸芯片的装置，包括由薄且柔性的聚合物膜分开的两个堆叠腔室。底部含有空气，而顶部含有与血液的机械性能相似的流体。研究人员在膜顶部的液体填充室内成长内皮细胞-排列在里面的细胞血管。研究人员将空气泵入底部腔室，因此膜像球囊一样伸展并形成阻挡流体流动的气泡。这个过程模拟了船只的缩小。

充满液体的腔室收缩，导致液体在某些区域流动更快，在其他区域流动更慢。当研究人员在连续但缓慢的液体流动下培养这些细胞时，内皮细胞能够生长并表达一种名为ICAM-1的蛋白质;这种蛋白质与炎症有关，在动脉粥样硬化的发展中很重要。

研究人员发现，当他们用人类血液取代细胞培养基，更多免疫细胞单核细胞在低流量区域与内皮细胞结合。单核细胞主要负责脂质的积累，最终发展成斑块，导致动脉粥样硬化。

芯片上的这些结果与疾病的广泛接受的图片一致：收缩血管中受干扰的血流促进血管炎症，这鼓励招募单核细胞来帮助创造斑块。“新模型可以更准确地模拟动脉粥样硬化，因为[该研究人员可以通过控制空气压力来精确调谐收缩，”侯说。该设备可能有助于研究人员更好地理解动脉粥样硬化并发展新的治疗方法。

“[设备]在诊断方面有很多承诺，”侯说。作为概念验证实验，研究人员用TNF-α抽血，血液掺入TNF-α，这是一种炎症迹象的蛋白质。发炎的血液引起更多的免疫细胞与内皮细胞结合而不是正常细胞。测量结束的免疫细胞的数量可以揭示血液中炎症水平，早期动脉粥样硬化的指标。与仅计算在血液中循环的免疫细胞数量的其他测试形成鲜明对比，这种技术可以更准确地评估患者的早期免疫反应。

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