器官芯片實(shí)例介紹（二）Artery-on-chip 芯片動脈
心血管疾病往往是由微小血管的結(jié)構(gòu)和功能的病變積累而引起的。一份2003年的“國家健康與營養(yǎng)調(diào)查”的報(bào)告說：患有高血壓人數(shù)的比例正在上升。因此，模擬動脈生物反應(yīng)的微流控平臺具有極其重要的意義：不僅能夠在整個(gè)藥物開發(fā)試驗(yàn)中能更真實(shí)地模擬器官屏障，而且還可以全面了解小動脈病理變化的潛在機(jī)制，對于制定更好的心血管疾病治療策略十分有益。來自多倫多大學(xué)的Axel Gunther認(rèn)為，這種基于MEMS的設(shè)備可能有助于在臨床環(huán)境（精細(xì)醫(yī)學(xué)）中評估患者的微血管所處的狀態(tài)。
用于分離檢查的電阻血管（直徑在30μm和300μm之間的微動脈和小動脈）固有特性的常規(guī)方法包括壓力肌成像技術(shù)。目前這種方法無法擴(kuò)展增加其他功能，而且對技術(shù)人員的技能要求頗高，因此，無法大面積推廣開來。然而，基于微流控芯片技術(shù)的動脈體外模擬可以克服這幾個(gè)限制，能夠進(jìn)行功能擴(kuò)展、制造成本低、且能有夠?qū)崿F(xiàn)自動化的可能性。
Example 例子：
已經(jīng)開發(fā)了一種基于微流控技術(shù)的器官芯片裝置作為實(shí)驗(yàn)研究平臺，可以將脆性血管固定在上面，進(jìn)而能夠研究阻力動脈畸形的決定因素。動脈微環(huán)境的特點(diǎn)復(fù)雜，是由周圍溫度，透壁壓、腔內(nèi)壓和體外藥物濃度構(gòu)成。來自微環(huán)境中的多個(gè)機(jī)械或化學(xué)輸入刺激分別引起平滑肌細(xì)胞（SMC）和內(nèi)皮細(xì)胞（EC）上在血管的外壁和腔壁進(jìn)行排列。內(nèi)皮細(xì)胞負(fù)責(zé)釋放血管收縮和血管舒張因子，從而改變了血管收縮節(jié)律。血管收縮節(jié)律定義為血管相對于其最大直徑的收縮程度。
目前的導(dǎo)致疾病發(fā)生的概念認(rèn)為，此微環(huán)境的細(xì)微變化對動脈節(jié)律有明顯的影響，可在很大程度上改變外周血管阻力。設(shè)計(jì)此結(jié)構(gòu)的工程師認(rèn)為，這一裝置具體的優(yōu)勢在于其模擬和控制微環(huán)境中異質(zhì)時(shí)空影響因素的能力，通過向外壁的兩個(gè)通道之一傳遞苯腎上腺素，使得而面向藥物的一側(cè)比藥物相對側(cè)更容易收縮。
圖1 芯片動脈及檢測區(qū)域的技術(shù)細(xì)節(jié)描述：綠色微通道用于裝載動脈段，并通過灌注液體將營養(yǎng)物質(zhì)輸送到腔壁; 黃色的固定通道通過在每個(gè)端部施加次大氣壓力來用于調(diào)整檢查區(qū)域中器官的位置; 紅色是灌注通道，用于將營養(yǎng)物質(zhì)輸送到動脈的外膜壁。
所設(shè)計(jì)的基于微流控芯片的動脈可實(shí)現(xiàn)樣品的可逆植入。該裝置包含微通道網(wǎng)絡(luò)，動脈加載區(qū)域和單獨(dú)的動脈檢查區(qū)域。用于裝載動脈的微通道，且當(dāng)裝載腔室被密封后，可作為灌注通道，以實(shí)現(xiàn)在生物組織中將動脈血的營養(yǎng)傳遞到毛細(xì)血管床。另一對微通道用于固定動脈段的兩端。最后一對微通道用于提供流量率的融合，以便通過朝腹腔壁上傳送穩(wěn)定的維持培養(yǎng)基，用于保持器官的生理和代謝活動。
再通過把熱電加熱器和熱敏電阻連接到芯片，能夠保持并檢查動脈區(qū)域的生理溫度。 加載和固定組織樣本到檢測區(qū)域的方法有助于了解此微流控芯片是如何確認(rèn)整個(gè)器官功能的。將組織片段浸入到裝載孔后，通過注射器在裝載通道的遠(yuǎn)端釋放恒定流速的緩沖溶液驅(qū)動裝載過程。這樣的結(jié)構(gòu)和外界裝置可以確保將動脈運(yùn)送到其特定的位置。此過程依賴于通過封閉的固定和灌注輸入/輸出線完成的。當(dāng)注射泵停止之后，可通過其中一個(gè)固定通道施加低于大氣壓的壓力。然后在密封裝載孔封閉之后，第二固定通道受到低于大氣壓的壓力。在檢測區(qū)域建立對稱的動脈組，而且該段感受到跨壁壓力。隨后，打開其他通道，并使用其他的注射泵調(diào)節(jié)通道內(nèi)的灌注。
（作者：陳有靈犀 轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請聯(lián)系刪除）