研究人员的新成果使心脏病治疗获得重要突破进展!

枫丹白露  发布于:2018-01-03 19:30阅读量:242 来源: Medicalxpress 

【器官-芯片设备模拟心脏病模型】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皿上的培养细胞或者用实验动物进行实验,但是最近研究人员开发了一种不同的方法:模仿器官功能的小型器官 - 芯片装置人体器官,作为潜在的更便宜和更有效的工具。

 

现在,研究人员已经建立了一个新的装置,特别适合动脉粥样硬化的建模 - 血管收缩是心脏病发作和中风的主要原因。研究人员在AIP出版的APL Bioengineering上发表的一篇论文中,展示了这种新设备如何用于研究在动物模型中无法完成的细胞排列的重要炎症反应。研究小组还解释了这种“片上器官”如何改善患者的血液检测。

 

新加坡南洋理工大学生物医学工程师韩伟说:“动脉粥样硬化是一种非常重要和复杂的疾病。当血液中的脂肪,胆固醇和其他物质形成积聚在动脉内壁上的斑块时,它会发展。这种积聚收缩血管,引起心血管疾病。

 

了解什么调节这种血管收缩异常对于研究和治疗血管疾病和预防急性心脏骤停至关重要。侯先生说,虽然研究人员之前已经开发出了血管的器官 - 芯片模型,但是这些器件更多地关注的是再造血管的生物学复杂性,而不是几何形状 - 这些都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,还涉及血流的生物力学。”

 

为了解决血液流动问题,研究人员在一个平方英寸的芯片上制造了一个装置,由一个薄而柔软的聚合物膜隔开的两个堆叠腔室组成。底部含有空气,而顶部含有与血液机械性质相似的流动流体。在膜顶部的充满液体的腔室内,研究人员生长内皮细胞 - 血管内部的细胞。研究人员将空气泵入底部腔室,因此膜片像气球一样延伸,形成阻塞流体流动的气泡。这个过程模拟了一个船只的缩小。

 

充液室缩小,导致流体在一些区域流动得更快,而其他区域则更慢。当研究人员在连续但缓慢的流体流动下培养细胞时,内皮细胞能够生长并表达一种叫做ICAM-1的蛋白质;这种蛋白质与炎症有关,并且在动脉粥样硬化的发展中是重要的。

 

研究人员发现,当他们用人体血液代替细胞培养基时,更多的免疫细胞称为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,最终发展成引起动脉粥样硬化的斑块。

 

芯片上的这些结果与广泛接受的疾病图像一致:收缩的血管中的血流紊乱促进了血管炎症,这促使单核细胞募集以帮助产生斑块。 Hou说:“新模型可以更准确地模拟动脉粥样硬化,因为研究人员可以通过控制气压来精确调节收缩。”该装置可能有助于研究人员更好地了解动脉粥样硬化和开发新的治疗方法。

 

Hou说:“这个设备在诊断方面有很多前景。作为一个概念验证实验,研究人员将血液中掺入了TNF-α(一种炎症标志物)的血液注入其装置。发炎的血液引起更多的免疫细胞与内皮细胞结合。测量结合的免疫细胞的数量可以揭示血液中的炎症水平,这是早期动脉粥样硬化的指标。与其他测试只计算血液中循环免疫细胞的数量相比,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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