血管是指血液流经的一系列管道,是连接各个器官并实现器官之间物质交换的重要部分。动脉、小动脉、静脉、小静脉和毛细血管都是血管系统的一部分,但在结构和细胞组成上有所差异。血管网络对维持新陈代谢以及组织微环境的稳定具有重要作用。建立血管器官芯片模型能够加快对血管网络这一复杂系统的病理、生理学研究。
血管内皮细胞是衬于血管内表面的单层扁平上皮细胞,形成了血管的内壁。血管内皮细胞的特异性对于设计血管芯片器官具有重要作用。一般的血管模型利用培养在有盖培养皿、Transwell薄膜或水凝胶上面的单层内皮细胞来建立。在此基础上,利用内皮细胞的血管再生特性,在微流控芯片中建立具有管腔结构的三维微血管模型,使形成的血管成环状而且内部有中空的血管腔。在血管芯片中添加不同的功能模块,能够模拟血管不通的生理功能。如利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)构建多通道模型来研究血管生成,并将蛋白凝胶嵌入通道,则可以进一步研究血管渗透性以及血液-血管相互作用。在血管芯片设计中加入微型蠕动泵,能为血管网络提供脉搏剪切应力。
图1. 基于不同策略的血管-器官芯片模型:(A)多通道芯片;(B和C)静态和动态的血管网络芯片;(D、E和F)生物打印的血管网络芯片。
安必奇生物提供血管器官芯片用于药物开发服务。如通过生物打印方法在水凝胶中生成血管网络,结合可紫外线交联的GelMA水凝胶,可按需准确控制血管芯片结构,能产生模拟人体不同血管区域的潜在复杂结构。该生物打印方法简单、易控且廉价,可应用于在多种血管流动环境中大规模地筛选药物。
安必奇生物提供血管器官芯片模型用于血管疾病模型的研究,如血栓形成、动脉粥样硬化以及肿瘤血管生成等。如利用PDMS构建血管器官模型,并且具有不同的几何形状和不同剪切应力的区域。该模型可以潜在地用于生成个性化的血管网络,并模拟血栓或动脉粥样硬化的形成情况。剪切应力对血管新生具有重要影响,利用PDMS构建血管器官芯片可帮助识别抑制肿瘤血管生成的分子,并有利于阐明肿瘤在脉管系统中渗出的关系。
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