北京
來源：科技日報(bào)
記者：張佳欣
在一塊比郵票還小的微型芯片上，研究人員利用磁力輕輕“拉一拉”血管，便能引導(dǎo)毛細(xì)血管朝著預(yù)定方向生長。據(jù)最新一期《美國國家科學(xué)院院刊》報(bào)道，美國麻省理工學(xué)院構(gòu)建了一種“芯片上的血管”模型，并借助磁力施加機(jī)械刺激，實(shí)現(xiàn)了對毛細(xì)血管生長方向、長度和數(shù)量的精準(zhǔn)調(diào)控，為實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建具有完整血管網(wǎng)絡(luò)的工程化組織提供了新方法。
利用機(jī)械拉伸，麻省理工學(xué)院的工程師可以控制人工動脈如何長出新的毛細(xì)血管。圖片來源：美國麻省理工學(xué)院
人體最細(xì)的毛細(xì)血管僅有一根發(fā)絲直徑的1/34，血細(xì)胞只能排成單列通過。它們承擔(dān)著向組織輸送氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的重要任務(wù)。沒有血管網(wǎng)絡(luò)持續(xù)輸送氧氣和營養(yǎng)，再逼真的人工組織也難以真正發(fā)揮功能。
此次構(gòu)建的“芯片上的血管”模型由一條利用人體血管內(nèi)皮細(xì)胞生成的中央動脈組成，周圍包裹著富含營養(yǎng)物質(zhì)的膠原蛋白凝膠，凝膠內(nèi)嵌入一枚微型磁體。團(tuán)隊(duì)利用外部磁體驅(qū)動凝膠中的微型磁體前后移動，使中央動脈反復(fù)受到輕柔的機(jī)械拉伸。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種反復(fù)的機(jī)械刺激能夠促進(jìn)中央動脈萌發(fā)新的毛細(xì)血管。改變拉伸方向，新生血管會隨之調(diào)整生長方向，而改變拉伸幅度，則能夠控制新生血管的數(shù)量和長度。當(dāng)凝膠被拉伸約5%時，會萌發(fā)更多毛細(xì)血管；拉伸幅度增加到15%時，新生血管數(shù)量有所減少，但長度明顯增加。
過去，構(gòu)建人工血管主要依靠生長因子等化學(xué)信號，或利用3D打印等技術(shù)，但這些方法難以精確控制血管生長位置和形態(tài)。相比之下，新方法利用可精確調(diào)控的機(jī)械刺激，為構(gòu)建規(guī)則、有序的微血管網(wǎng)絡(luò)提供了新的技術(shù)路徑。
團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步揭示了其中的生物學(xué)機(jī)制。他們利用基因編輯技術(shù)抑制內(nèi)皮細(xì)胞中的PIEZO1基因后重復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，新生血管數(shù)量明顯減少。PIEZO1基因編碼一種對機(jī)械壓力敏感的離子通道，實(shí)驗(yàn)表明，機(jī)械刺激正是通過激活這一離子通道促進(jìn)血管生成。
目前，這項(xiàng)技術(shù)仍處于原型驗(yàn)證階段。下一步，團(tuán)隊(duì)將嘗試?yán)眠@一技術(shù)構(gòu)建能夠?yàn)槿斯そM織和器官供血的有序血管網(wǎng)絡(luò)，同時研究精確調(diào)控血管生長對人工肌肉功能的影響。
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