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，但是其力學調(diào)控機理并不清楚，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制至關(guān)重要。
近日，北京航空航天大學生物醫(yī)學工程高精尖中心樊瑜波教授團隊結(jié)合微加工，生物力學數(shù)值分析和細胞生物學等多學科技術(shù)，設(shè)計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，可對內(nèi)皮細胞所受壁面剪切力、跨內(nèi)皮流、間質(zhì)流及生長因子濃度梯度等進行精準調(diào)控。依托該微流控系統(tǒng)，對剪切力的傳導過程進行了探索，發(fā)現(xiàn)腔內(nèi)流誘導產(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)皮細胞表面的硫酸乙酰肝素作為力傳感器參與介導這一過程。研究發(fā)現(xiàn)只要偏離血管穩(wěn)定狀態(tài)，例如降低剪切應力，增加的生長因子濃度和破壞的力傳導，均會引發(fā)血管新生。
該工作突破了既往同類芯片的瓶頸，首次實現(xiàn)了對內(nèi)皮微血管同時進行大范圍精確力調(diào)控、長時間、低消耗的流動刺激，并發(fā)現(xiàn)了相關(guān)的力傳導機理。該研究有望推動血管生成相關(guān)研究的進展，并且在藥物篩選和毒理分析等領(lǐng)域有廣泛的應用前景。
北航生物與醫(yī)學工程學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。北京航空航天大學生物醫(yī)學工程高精尖中心與生物與醫(yī)學工程學院為第一單位，北京城市系統(tǒng)工程研究中心,清華大學附屬第一醫(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、國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃項目和高等學校學科創(chuàng)新引智計劃經(jīng)費等項目支持。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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