心Attack-on-a-Chip发达

南加州大学的研究人员阿尔弗雷德·e·曼生物医学工程系已经开发出一种“芯片上的心脏病,”一个装置,可以一天作为试验台开发新的心脏药物甚至个性化药物。

“我们设备的一些关键特征复制心脏病发作在一个相对简单的和易于使用的系统中,”梅根·麦凯恩说,生物医学工程的副教授和干细胞生物学和再生医学,他与博士后研究员梅根Rexius-Hall开发设备。

“这使我们能够更清楚地了解心脏是心脏病发作后的变化。从那里,我们和其他人可以开发和测试的药物最有效的限制可能发生的心脏组织的进一步退化,心脏病发作后,”麦凯恩说。

麦凯恩,一个“心脏组织工程师,”之前,他们的工作包括合作开发核心芯片,和Rexius-Hall细节他们的研究结果在《华尔街日报》最近发布的一篇文章科学的进步题为“一个心肌梗塞Border-Zone-On-A-Chip调节心脏组织的功能演示了不同梯度的氧气。”

美国的头号杀手

冠心病是美国的头号杀手。2018年,360900美国人死于它,使心脏病负责所有死亡的12.6%在美国,啊哈。严重冠心病可引起心脏病发作,占大部分的痛苦和折磨。心脏病发作时出现脂肪、胆固醇和其他物质在冠状动脉严重减少含有氧气的血液流向心脏的一部分。从2005年到2014年,平均每年有805000美国人患有心脏病。

即使病人幸存的心脏病发作,随着时间的推移,他们可以变得越来越疲惫,无力的和生病的;有些人甚至因为心脏衰竭而死。这是因为心脏细胞再生不像其他肌肉细胞。相反,免疫细胞出现在受伤的网站,其中一些是有害的。此外,瘢痕,削弱了心脏和血液泵。

然而,科学家们并不能完全理解这个过程,特别是心脏细胞在心脏的健康,部分人受伤相互通信和如何以及为什么他们心脏病发作后改变。

麦凯恩和Rexius-Hall相信他们的心脏病在芯片上可以阐明这些奥秘。

“从根本上说,我们想要一个模型,可以导致更好的理解心脏病受伤,“Rexius-Hall说。

心脏病在芯片上

心脏病芯片就是从头开始建造。底部是一个22-millimeter-by-22-millimeter广场微流控设备略大于四分之一——由橡胶聚合物称为PDMS -两个渠道双方通过气体流。上面坐着一个非常薄层相同的橡胶材料,是渗透氧气。微一层蛋白质芯片的图案在上面,“这心脏细胞排列,形成相同的架构,我们已经在我们心中,”麦凯恩说。最后,老鼠心脏细胞生长的蛋白质。

模拟心脏病发作,气体与氧气和天然气没有氧气释放通过每个通道的微流体装置,“让我们的心在芯片上一个氧梯度,类似于真正发生在心脏病发作,”麦凯恩说。

由于微流控设备很小,清晰,容易在显微镜下看到,麦凯恩说,它还允许研究人员观察实时功能变化,有时发生在心脏的攻击后,包括心律失常,或心率不齐,和收缩功能障碍,或在心脏的收缩强度降低。在未来,研究人员可以使模型更复杂的通过添加免疫细胞或成纤维细胞,细胞产生心脏病发作后的疤痕。

相反,研究人员不能看与动物模型实时改变心脏组织。此外,传统的细胞培养模型统一使心脏细胞高,中等或低水平的氧气,但不是一个梯度。这意味着他们无法模仿真正受损的心脏细胞在所谓的边境地带发生心脏病发作后,Rexius-Hall说。

麦凯恩说:这是非常激动人心的和有益的设想我们的设备对病人的生活产生积极的影响在不久的将来,尤其是心脏病发作,极其普遍。”

参考:Rexius-Hall ML,哈利勒NN, Escopete党卫军,et al .心肌梗死border-zone-on-a-chip调节心脏组织的功能演示了不同梯度的氧气。Sci副词。2022;8 (49):eabn7097。doi:10.1126 / sciadv.abn7097

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