心血管疾病(CVDs)在世界范围内普遍存在,在中国也是常见的死亡原因。心脏器官芯片模型可以模仿心血管系统的动态状况,如心脏的组织结构、剪切应力、透壁压力、机械拉伸和电刺激。心脏器官芯片模型能够用于研究多种心脏生理现象,模拟疾病并探究药物的作用。
心脏组织由心肌细胞(CM)、成纤维细胞和微血管组成。不同的细胞类型、各向异性传导组织以及内环境中持续的多种动态刺激,对于维持心脏生理功能起着重要作用。心脏-器官芯片模型能够模拟心脏的不同特性,如机械性收缩运动、分子运输、电刺激和对某些药物刺激的特定反应。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是心脏器官芯片的主要材料,用水凝胶处理的PDMS可为心肌细胞培养提供正常的微环境,有利于细胞的附着和扩散。在微流体通道中培养不同类型的细胞来产生适当的心脏组织,如CM、血管内皮细胞(EC)等。此外,向心脏芯片器官模型中连续灌注培养介质可模拟心肌组织上血流引起的剪切应力,从而准确地研究心肌组织的复杂体系结构。
图1. 基于PDMS的心脏器官芯片培养心肌细胞的示意图。
安必奇生物提供心脏器官芯片用于药物毒性评价。在药物毒性评价中需要了解心脏的生物功能,通过结合“应力传感器”构建心脏器官模型,可实时获得心脏细胞跳动产生的收缩力,这种具有实时监测功能的3D心脏模型在心肌毒性评价中具有重要的应用前景。此外,利用心肌细胞的3D心脏微阵列构建芯片能实现心脏的机械和电生理表征,也可用于心脏毒性评价研究。
安必奇生物提供心脏器官芯片用于心脏功能的研究。心脏发育和生理性功能依赖于心脏细胞对血液机械应力的响应。这些刺激可以诱导细胞结构、收缩功能和基因表达的变化。例如在柔性膜上培养胚胎成纤维细胞,通过泵向系统输送液体提供流体剪切应力,通过阀的控制产生机械应力导致膜被拉伸,可以模拟心脏的预负荷功能。
安必奇生物提供心脏器官芯片模型用于心脏疾病的研究,如心肌梗塞(MI)、高血压、心力衰竭和动脉粥样硬化。如高血压可导致左心室压力超负荷,并导致心脏肥大和纤维化。在此过程中,外部机械力转化为内部化学和电细胞反应。因此,利用肌肉薄膜构建心脏器官芯片模型。开发类似的心力衰竭单芯片模型可有利于进一步了解心脏重构,同时为制药行业提供有价值的工具。
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