人體血管很簡單：它們彎曲、分支、變窄和變寬，形成影響全身血液流動的複雜路徑。然而，長期以來，實驗室模型將血管視為筆直、均勻的管子。不過，這些簡單的設計很有用。但它不能反映多种血管疾病實際發生的情況。
更好地展現人體血管的真實結構。德克薩斯農工大學生物醫學工程系的研究人員創建了一種可定制的血管芯片系統。新方法使科學家能夠以更現實的方式研究血管疾病。並為新藥測試提供強大的平台。
血管芯片是一種微流體裝置，旨在以非常小的規模模擬人體血管。它可以針對個體患者進行定制，並提供一種非動物方法來研究血流並評估可能的治療方法。 Jennifer Lee，生物醫學工程研究生在 Abhishek Jain 博士的實驗室工作，設計一種先進的血管芯片，可以再現真實血管中看到的各種形狀。
“動脈瘤或動脈瘤突然擴張，狹窄限制了血管。不同類型的血管會顯著改變血流模式。血管內部會受到這些血流模式產生的剪切應力水平的影響，”Lee 說。 “這就是我們想要建模的。”
超越直船設計
李的工作建立在同一實驗室之前的研究基礎上。幾年前，她的導師、前研究生 Tanmay Mathur 博士開發了一種直接芯片設計。這兩個項目都是在 Bioinspired 的轉化微系統實驗室 Jain 副教授以及 Barbara 和 Ralph Cox ’53 生物醫學工程教授的指導下進行的。李的研究發表於 芯片實驗室 並將登上該雜誌 2025 年 5 月號的封面。
“我們現在可以開始以前所未有的方式了解血管疾病，”謝恩說。 “你不僅可以讓這些結構變得複雜，你甚至可以把真正的細胞和組織材料放進去，讓它們活起來。這是血管疾病容易發生的領域。所以了解這些東西很重要。”
從本科研究到發表科學
Lee 加入 Jain 的實驗室時，她還是一名尋求實踐研究經驗的本科榮譽學生。當時，她對芯片器官技術知之甚少。隨著她對這一領域了解的更多，她也對它可能對未來醫學研究產生的影響感興趣。這種興趣促使她攻讀理學碩士學位。
“詹妮弗表現出了毅力、好奇心和創造力，並很快開始從事研究項目。我們的強化課程讓像詹妮弗這樣的學生能夠從事高影響力、高風險的研究。這不僅僅是做科學項目。而且還要一直到最終結果並發表。”傑恩說。
擴大活體船舶芯片的複雜性
儘管目前的血管芯片設計提供了更真實的血管視圖，但研究團隊計劃更進一步。到目前為止，李的模型僅由內皮細胞組成。或構成血管內壁的細胞，但未來的版本可能包括其他細胞類型。將這些細胞放在一起將有助於研究人員更好地了解不同組織是如何發育的。它們如何相互作用以及如何與血流相互作用？
Jain 表示：“我們正在取得進展，正在創造我們所說的第四維芯片器官。我們不僅關注細胞和流動。而且還關注更複雜的結構狀態下的細胞相互作用和流動。這是該領域的一個新方向。”
培養實驗室之外的技能
除了技術研究經驗之外，李說實驗室環境還幫助她發展了科學研究之外的實踐技能。研究生和博士後研究人員與同學一起工作，獲得協作、溝通和解決問題的經驗。
“這是一個良好的環境，不僅可以與朋友互動，還可以與研究生和博士後研究人員互動，”她說。 “你可以學習團隊合作和溝通。職業道德和嘗試不同的事情，我認為學生們獲得了寶貴的經驗。我們有一個非常好的教師研究實驗室。”
該項目得到了許多重要組織的支持，包括美國陸軍醫學研究計劃、美國宇航局、生物醫學高級研究與發展管理局、美國國立衛生研究院、美國食品和藥物管理局和國家科學基金會。以及德克薩斯農工大學翻譯創新投資基金。
