基于微流控的“芯片上心脏病”模型可模拟心肌梗塞

美国南加州大学生物医学工程系研究人员开发了一种“芯片上心脏病”模型，该设备有朝一日可作为开发新的心脏病药物甚至个性化药物的试验平台。研究成果发表在最近的《科学进展》杂志上。

研究人员称，该设备在一个相对简单易用的微流控系统中模拟了心脏病发作的一些关键特征，这使他们能够更清楚地了解发病后心脏的变化，从而开发和测试最有效的药物，限制发病后引起的心脏组织退化。

当冠状动脉中的脂肪、胆固醇和其他物质严重阻碍流向心脏的富氧血液时，就会导致心脏病发作。然而，科学家们并不完全了解这个过程，尤其是心脏健康部位和受伤部位的细胞如何相互“交流”，以及它们在心脏病发作后如何以及为什么会发生变化。研究人员相信“芯片上心脏病”模型可以揭开这些谜团。

模型底部是一个22 × 22毫米见方的微流控芯片，由一种称作PDMS的类橡胶聚合物制成，在相对的两侧有两个通道，气体从中流过。上面是一层非常薄的相同橡胶材料，可渗透氧气。然后，在芯片顶部模刻一层蛋白质，使心脏细胞对齐并形成与人类心脏相同的结构，再让啮齿动物心脏细胞在蛋白质上生长。

为了模拟心脏病发作，含氧气体和不含氧气体通过微流控芯片的每个通道释放。微流控芯片体积小、清晰且易于在显微镜下看到，因此允许研究人员实时观察心脏在病发后发生的功能变化，包括心律失常/心律不齐和收缩功能障碍。

相比之下，动物模型无法让研究人员进行这种实时观察。此外，传统的细胞培养模型将心脏细胞均匀而非梯度地暴露在高、中或低水平的氧气中，这意味着它们无法模拟心脏病发作后所谓边界区受损心脏细胞的真实情况。

心脑血管疾病是人类健康的主要杀手之一。新冠病毒在全球的肆虐，不仅进一步增加了心脑血管疾病患者的健康风险，同时也可能影响他们及时、便利地看病就医。因此，疫情期间我们更应提升对此类疾病的重视和警惕，关注心脑血管疾病患者的健康福祉。上述研究在芯片上构建了模拟心脏病发作的模型，更清晰地揭示心脏病的发作机制，这对于更深入地认识心脏病，进而更好地对心脏病进行预防和诊疗都大有裨益。