用MEMS芯片找到控制心臟病的方法
2018-01-04 10:25:00 n新加坡南洋理工大學的醫學研究人員嘗試利用一款新開發的MEMS微流體芯片，實現研究心血管疾病成因及其預防的目標...
對于研究心血管疾病的成因和預防方法，未來將不僅局限于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)微流體芯片，來實現這一目標。
該芯片模擬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，并可能導致心臟病發作。該芯片的關鍵在于能夠模擬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，那么心臟病就不會發生。
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，然后再用真實血液模擬需要消除的發炎反應，以防止心臟病發作。因為在芯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，遠遠優于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，研究人員專注于心臟血流的整體生物力學，并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，以預防心臟病發作（來源：Han Wei Hou）
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。當使用真實血液模擬時，免疫細胞的積聚會更快發展成動脈堵塞斑塊的脂質。
據芯片研發負責人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。
該團隊在這幾篇文章中詳述了研究成果：「芯片上動脈粥狀硬化：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，用于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)。
