南洋理工大學(xué)嘗試開發(fā)一款MEMS芯片來預(yù)防心血管疾病

EETimes佛羅里達州報道，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大鼠或培養(yǎng)皿中培養(yǎng)心臟細胞。在新加坡南洋理工大學(xué)，醫(yī)學(xué)研究人員正嘗試?yán)靡豢钚麻_發(fā)的微電子機械系統(tǒng)（MEMS）微流控芯片，來實現(xiàn)這一目標(biāo)。

該芯片模擬了當(dāng)脂肪和膽固醇積聚在內(nèi)部動脈壁斑塊上時，動脈中的精確血流情況。在活組織中，由此產(chǎn)生的動脈粥樣硬化會限制血液流動，并可能導(dǎo)致心臟病發(fā)作。這款芯片最牛的地方是，能夠模擬心臟血管細胞的炎癥反應(yīng)，這種反應(yīng)能夠切斷血液供應(yīng)。如果這些反應(yīng)能被抑制，那么心臟病就不會發(fā)生。

在實驗中，研究人員首先使用人造血液來完善通過微流體“血管”的流動通道，然后使用真實血液模擬需要消除的炎癥反應(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樣硬化建模方法，遠遠優(yōu)于使用培養(yǎng)細胞或?qū)嶒炇覄游锬M條件的方法。

該小組希望學(xué)習(xí)如何通過多種手段來調(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，研究人員的精力已經(jīng)集中在心臟血流的整體生物力學(xué)上，并精確地模擬了心臟血管的形狀和幾何結(jié)構(gòu)，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，通過柔性聚合物膜隔開，以模擬導(dǎo)致心臟病發(fā)作的條件。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(zhǔn)確地模擬一顆真實的心臟，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)通過將空氣泵送到柔性充氣室中來操作，從而推動薄膜以模擬阻塞動脈中受限制的血流。

在芯片上實現(xiàn)動脈粥樣硬化的模擬，并在心臟病發(fā)作前評估血管的狹窄和血液的健康狀況。

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)致動脈粥樣硬化的蛋白質(zhì)。當(dāng)使用真實血液模擬時，免疫細胞的積聚則更快發(fā)展成動脈堵塞斑塊的脂質(zhì)。

據(jù)芯片研發(fā)負責(zé)人韓偉厚（音譯）介紹，該芯片在模仿這些眾所周知的心臟病前兆的準(zhǔn)確性，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：“芯片上的動脈粥樣硬化：可調(diào)節(jié)3D狹窄血管微裝置（Atherosclerosis-on-a-Chip: A Tunable 3D Stenotic Blood Vessel Microdevice）”和1月2日發(fā)表的一篇文章“一種可調(diào)的微流體3D狹窄模型，用于研究動脈粥樣硬化中的白細胞 - 內(nèi)皮相互作用（A tunable microfluidic 3D stenosis model to study leukocyte-endothelial interactions in atherosclerosis.）”。