血管新生在生長發(fā)育，腫瘤，動脈粥樣硬化，工程化的類器官和工程組織等過程中起著重要作用，但是其力學(xué)調(diào)控機(jī)理并不清楚，因此在體外構(gòu)建血管模型并重現(xiàn)其在體微環(huán)境對探究血管生成機(jī)制至關(guān)重要。
近日，北京航空航天大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程高精尖中心樊瑜波教授團(tuán)隊(duì)結(jié)合微加工，生物力學(xué)數(shù)值分析和細(xì)胞生物學(xué)等多學(xué)科技術(shù)，設(shè)計(jì)并成功制備了一種在體外模擬血管生成初始階段微環(huán)境的三維血管芯片及其控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有自動、高效、高仿真、低消耗等特點(diǎn)，可對內(nèi)皮細(xì)胞所受壁面剪切力、跨內(nèi)皮流、間質(zhì)流及生長因子濃度梯度等進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控。依托該微流控系統(tǒng)，對剪切力的傳導(dǎo)過程進(jìn)行了探索，發(fā)現(xiàn)腔內(nèi)流誘導(dǎo)產(chǎn)生的壁面剪切力對包括血管新生和動脈生成在內(nèi)血管生成均有抑制作用，血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的硫酸乙酰肝素作為力傳感器參與介導(dǎo)這一過程。研究發(fā)現(xiàn)只要偏離血管穩(wěn)定狀態(tài)，例如降低剪切應(yīng)力，增加的生長因子濃度和破壞的力傳導(dǎo)，均會引發(fā)血管新生。
該工作突破了既往同類芯片的瓶頸，首次實(shí)現(xiàn)了對內(nèi)皮微血管同時進(jìn)行大范圍精確力調(diào)控、長時間、低消耗的流動刺激，并發(fā)現(xiàn)了相關(guān)的力傳導(dǎo)機(jī)理。該研究有望推動血管生成相關(guān)研究的進(jìn)展，并且在藥物篩選和毒理分析等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
北航生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院博士生趙萍為該論文第一作者，樊瑜波教授、劉肖副教授和鄧小燕教授為通訊作者。北京航空航天大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程高精尖中心與生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院為第一單位，北京城市系統(tǒng)工程研究中心,清華大學(xué)附屬第一醫(yī)院,中國人民解放軍第306醫(yī)院，中國人民解放軍第304醫(yī)院等單位參與完成。該研究成果得到了國家自然基金重大儀器、國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃經(jīng)費(fèi)等項(xiàng)目支持。該研究以題為“Flow shear stress controls the initiation of neovascularization via heparan sulfate proteoglycans within biomimic microfluidic model”發(fā)表在微流控領(lǐng)域著名期刊Lab on a chip。
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