用MEMS晶片找到控制心脏病的方法

对于研究心血管疾病的成因和预防方法，未来将不仅局限于解剖老鼠或在培养皿中培养心臟细胞。在新加坡南洋理工大学(Nanyang Technological University)，医学研究人员正尝试利用一款新开发的微机电系统(MEMS)微流体晶片，来实现这一目标。

该晶片模拟了当脂肪和胆固醇积聚在内部动脉壁斑块时，动脉中的精确血流情况。在活组织中，由此产生的动脉粥状硬化(atherosclerosis)限制血液流动，并可能导致心臟病发作。该晶片的关键在于能够模拟心臟血管细胞的发炎反应——这种反应可能导致血液供应阻断。如果这些反应能被抑制，那么心臟病就不会发生。

实验中，研究人员首先使用人造血液来完善透过微流体「血管」的流动通道，然后再用真实血液模拟需要消除的发炎反应，以防止心臟病发作。因为在晶片上可以密切观察到血管内壁细胞的反应，所以研究小组声称他们的动脉粥状硬化建模方法，远远优于使用培养细胞或实验室动物建模条件的方法。

该研究小组希望学习如何透过多种手段来调节血管收缩，以防止或至少减轻心臟病发作。到目前为止，研究人员专注于心臟血流的整体生物力学，并精确地为心臟血管的形状和几何结构建模，以查明血管收缩塬因。

这个仅方寸之间的晶片拥有两个堆叠的腔室，透过软性聚合物膜隔开，以模拟导致心臟病发作的情况。底部腔室包含压缩空气，顶部腔室包含血液(或血样测试流体)。为了準确地建模一颗真实的心臟，研究人员从冠状静脉培养内皮细胞(endothelial cells)，使其充满流体填充室。该系统透过将空气泵送到软性充气室中来操作，从而推动薄膜以模拟阻塞动脉中受限制的血流。

在晶片上建模动脉粥状硬化，并评估血管的狭窄和血液的健康状况，以预防心臟病发作 (来源：Han Wei Hou)

研究人员发现，随着血管堵塞情况的加剧，内皮细胞释放出一种导致动脉粥状硬化的蛋白质。当使用真实血液模拟时，免疫细胞的积聚会更快发展成动脉堵塞斑块的脂质。

据晶片研发负责人Han Wei Hou介绍，该晶片能準确地模拟这些已知的心臟病前兆，使其成为测试新疗法的理想装置。

该团队在这几篇文章中详述了研究成果：「晶片上动脉粥状硬化：可调谐3D狭窄血管微装置」(Atherosclerosis-on-a-Chip: A Tunable 3D Stenotic Blood Vessel Microdevice)，以及在1月2日发表的一篇文章「一种可调谐的微流体3D狭窄模型，用于研究动脉粥状硬化中的白细胞——内皮相互作用」(A tunable microfluidic 3D stenosis model to study leukocyte-endothelial interactions in atherosclerosis)。