將心臟病攔在門外的MEMS芯片

新加坡南洋理工大學(xué)的醫(yī)學(xué)研究人員嘗試?yán)靡豢钚麻_發(fā)的MEMS微流體芯片，實(shí)現(xiàn)研究心血管疾病成因及其預(yù)防的目標(biāo)。。.

對(duì)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老鼠或在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)心臟細(xì)胞。在新加坡南洋理工大學(xué)（Nanyang Technological University），醫(yī)學(xué)研究人員正嘗試?yán)靡豢钚麻_發(fā)的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）微流體芯片，來實(shí)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(dòng)脈壁斑塊時(shí)，動(dòng)脈中的精確血流情況。在活組織中，由此產(chǎn)生的動(dòng)脈粥狀硬化（atherosclerosis）限制血液流動(dòng)，并可能導(dǎo)致心臟病發(fā)作。該芯片的關(guān)鍵在于能夠模擬心臟血管細(xì)胞的發(fā)炎反應(yīng)——這種反應(yīng)可能導(dǎo)致血液供應(yīng)阻斷。如果這些反應(yīng)能被抑制，那么心臟病就不會(huì)發(fā)生。

實(shí)驗(yàn)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(dòng)通道，然后再用真實(shí)血液模擬需要消除的發(fā)炎反應(yīng)，以防止心臟病發(fā)作。因?yàn)樵谛酒峡梢悦芮杏^察到血管內(nèi)壁細(xì)胞的反應(yīng)，所以研究小組聲稱他們的動(dòng)脈粥狀硬化建模方法，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于使用培養(yǎng)細(xì)胞或?qū)嶒?yàn)室動(dòng)物建模條件的方法。

該研究小組希望學(xué)習(xí)如何透過多種手段來調(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，研究人員專注于心臟血流的整體生物力學(xué)，并精確地為心臟血管的形狀和幾何結(jié)構(gòu)建模，以查明血管收縮原因。

這個(gè)僅方寸之間的芯片擁有兩個(gè)堆疊的腔室，透過軟性聚合物膜隔開，以模擬導(dǎo)致心臟病發(fā)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(cè)試流體）。為了準(zhǔn)確地建模一顆真實(shí)的心臟，研究人員從冠狀靜脈培養(yǎng)內(nèi)皮細(xì)胞（endothelial cells），使其充滿流體填充室。該系統(tǒng)透過將空氣泵送到軟性充氣室中來操作，從而推動(dòng)薄膜以模擬阻塞動(dòng)脈中受限制的血流。

在芯片上建模動(dòng)脈粥狀硬化，并評(píng)估血管的狹窄和血液的健康狀況，以預(yù)防心臟病發(fā)作 。

研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著血管堵塞情況的加劇，內(nèi)皮細(xì)胞釋放出一種導(dǎo)致動(dòng)脈粥狀硬化的蛋白質(zhì)。當(dāng)使用真實(shí)血液模擬時(shí)，免疫細(xì)胞的積聚會(huì)更快發(fā)展成動(dòng)脈堵塞斑塊的脂質(zhì)。

據(jù)芯片研發(fā)負(fù)責(zé)人Han Wei Hou介紹，該芯片能準(zhǔn)確地模擬這些已知的心臟病前兆，使其成為測(cè)試新療法的理想裝置。