新加坡南洋理工大学的医学研究人员尝试利用一款新开发的 MEMS 微流体芯片，实现研究心血管疾病成因及其预防的目标 ...


对于研究心血管疾病的成因和预防方法，未来将不仅局限于解剖老鼠或在培养皿中培养心脏细胞。在新加坡南洋理工大学(Nanyang Technological University)，医学研究人员正尝试利用一款新开发的微机电系统(MEMS)微流体芯片，来实现这一目标。


该芯片模拟了当脂肪和胆固醇积聚在内部动脉壁斑块时，动脉中的精确血流情况。在活组织中，由此产生的动脉粥状硬化(atherosclerosis)限制血液流动，并可能导致心脏病发作。该芯片的关键在于能够模拟心脏血管细胞的发炎反应——这种反应可能导致血液供应阻断。如果这些反应能被抑制，那么心脏病就不会发生。


实验中，研究人员首先使用人造血液来完善透过微流体“血管”的流动通道，然后再用真实血液模拟需要消除的发炎反应，以防止心脏病发作。因为在芯片上可以密切观察到血管内壁细胞的反应，所以研究小组声称他们的动脉粥状硬化建模方法，远远优于使用培养细胞或实验室动物建模条件的方法。


该研究小组希望学习如何透过多种手段来调节血管收缩，以防止或至少减轻心脏病发作。到目前为止，研究人员专注于心脏血流的整体生物力学，并精确地为心脏血管的形状和几何结构建模，以查明血管收缩原因。


这个仅方寸之间的芯片拥有两个堆叠的腔室，透过软性聚合物膜隔开，以模拟导致心脏病发作的情况。底部腔室包含压缩空气，顶部腔室包含血液(或血样测试流体)。为了准确地建模一颗真实的心脏，研究人员从冠状静脉培养内皮细胞(endothelial cells)，使其充满流体填充室。该系统透过将空气泵送到软性充气室中来操作，从而推动薄膜以模拟阻塞动脉中受限制的血流。

 

在芯片上建模动脉粥状硬化，并评估血管的狭窄和血液的健康状况，以预防心脏病发作 。


研究人员发现，随着血管堵塞情况的加剧，内皮细胞释放出一种导致动脉粥状硬化的蛋白质。当使用真实血液模拟时，免疫细胞的积聚会更快发展成动脉堵塞斑块的脂质。


据芯片研发负责人 Han Wei Hou 介绍，该芯片能准确地模拟这些已知的心脏病前兆，使其成为测试新疗法的理想装置。