科学家在芯片上造出了“活”的血管

为了更准确地还原人体血管的真实结构，美国得克萨斯农工大学生物医学工程系的研究人员研发出一种可定制的血管芯片系统。这种新方法能让科学家更真实地研究血管疾病，同时为测试新药提供了强大平台。

血管芯片是一种微流控装置，设计用于在极小尺度上模拟人体血管。它们可以根据患者个体情况定制，提供了一种非动物实验的方式来研究血流和评估潜在治疗方法。生物医学工程硕士研究生詹妮弗·李在阿比舍克·贾恩博士的实验室工作，设计了一种先进的血管芯片，能够复制真实血管中常见的多种形状。

“血管有分支，有突然扩张的动脉瘤，还有导致血管狭窄的缩窄处。所有这些不同类型的血管都会使血流模式发生显著变化，而血管内部则会受到这些血流模式产生的剪切应力的影响，”李说，“这正是我们想要模拟的。”

超越直管血管设计
李的研究是在同一实验室早期研究的基础上进行的。几年前，她的导师、前研究生坦梅·马图尔博士开发了直管血管芯片设计。这两个项目都是在贾恩领导的生物启发转化微系统实验室开展的，贾恩是生物医学工程副教授，同时担任芭芭拉和拉尔夫·考克斯'53教职研究员。李的研究成果发表在《芯片实验室》期刊上，并将登上该期刊2025年5月号的封面。

“我们现在可以开始用以前从未有过的方式来研究血管疾病，”贾恩说，“你不仅可以制作复杂的结构，还可以在里面放入实际的细胞和组织材料，让它们具有生命力。这些正是血管疾病容易发生的部位，因此了解它们至关重要。”

从本科研究到发表科研成果
李在本科荣誉学生时期就加入了贾恩的实验室，当时她正在寻找实践研究经验。那时，她对“芯片器官”技术几乎不熟悉。随着对该领域了解的深入，她开始对其在未来医学研究中的潜在影响产生兴趣。这种兴趣促使她通过理学硕士快速通道项目继续这项研究。

“詹妮弗展现出了毅力、好奇心和创造力，很快就开始承担研究项目。我们的快速通道项目让像詹妮弗这样的学生能够从事高影响力、高风险的研究，不仅是做一个科学项目，而是一路推进到取得成果并发表出来，”贾恩说。

扩展活体血管芯片的复杂性
尽管目前的血管芯片设计能更真实地呈现血管，但研究团队计划进一步推进这项工作。到目前为止，李的模型只包含内皮细胞（即构成血管内壁的细胞），但未来的版本可能会纳入更多细胞类型。加入这些细胞将使研究人员能更好地理解不同组织之间以及组织与流动血液之间的相互作用。

“我们正在取得进展，创造我们所说的‘芯片器官’的第四维度，我们不仅关注细胞和血流，还关注细胞和血流在更复杂结构状态下的相互作用，这是该领域的一个新方向，”贾恩说。

实验室之外的技能培养
除了技术研究经验外，李表示实验室环境还帮助她培养了科学课程之外的实用技能。与同行、研究生和博士后研究人员一起工作，让她获得了协作、沟通和解决问题的经验。

“这是一个非常好的环境，不仅可以与同行交流，还可以与研究生和博士后研究人员交流，”她说，“你能够学习团队合作、沟通、职业道德，以及尝试不同的方法。我认为这是学生能获得的非常宝贵的经验。我们有如此优秀的 faculty 研究实验室。”

该项目得到了多个主要机构的支持，包括美国陆军医学研究计划、美国国家航空航天局（NASA）、生物医学高级研究与发展局、美国国立卫生研究院、美国食品药品监督管理局、美国国家科学基金会以及得克萨斯农工大学创新转化投资基金办公室。