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使用动脉器官芯片揭示血管疾病中的新型调节因子和治疗靶标
2023-11-02344次
Organ-on-a-chip代表了一种全新的体外模型,具备模拟人体生理和病理特征的能力,包括组织多细胞性和受到器官相关物理环境的暴露。2022年11月这篇论文研究了一种动脉芯片(Artery-on-a-chip),重现了由内膜层和中膜层组成的动脉壁结构以及影响管腔细胞的相关血流动力。

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这是微纳立方第39篇微流控推文

 

Organ-on-a-chip代表了一种全新的体外模型,具备模拟人体生理和病理特征的能力,包括组织多细胞性和受到器官相关物理环境的暴露。2022年11月这篇论文研究了一种动脉芯片(Artery-on-a-chip),重现了由内膜层和中膜层组成的动脉壁结构以及影响管腔细胞的相关血流动力。

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左为动脉芯片横截面示意图

右图中间层为共培养内皮细胞和平滑肌细胞的膜

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动脉模拟示意图(芯片来自Micronit)

 

通过比较受到体内样剪应力作用下的动脉芯片与静态条件下的芯片,作者鉴定了一组受剪应力调控的新基因,并测量了剪应力调控基因在受动脉粥样硬化斑块和主动脉瘤影响的血管树区域的表达模式,而这些疾病的发展和进展正好受到剪应力变化的影响。

 

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动脉膜染色图(左)和微流体系统(右)连接图

箭头为流体方向或连接MFCS-EZ压力泵

 

作者从患有腹主动脉瘤(AAA)的患者那获取了主动脉瘤部分(患病主动脉)和非扩张的相邻段(非患病主动脉)的活检组织。经过实验,发现剪应力调控基因在人体血管的非患病部分中表现出了相同的表达模式,通过免疫荧光分析和单细胞RNA测序,发现这些基因由内皮细胞和平滑肌细胞表达。

 

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腹主动脉瘤小鼠模型和对照组,以及部分结果

 

此外,作者利用小鼠和猪模型证实,受剪应力介导的靶标在体内区分患病和非患病血管部分非常重要。论文里还展示了动脉芯片可以用作药物测试的平台,通过在动脉芯片系统中再现先前在AAA模型中使用治疗药物的相关效应,并通过多细胞结构进一步扩展了对其治疗效应的理解。

 

这项研究的体外模型能够模拟人类动脉的重要生理特征,如对剪应力的响应,并可以在临床之前阐明潜在治疗药物的作用机制。