南加州大學(xué)的研究人員Megan McCain和博士后Megan Rexius-Hall設(shè)計(jì)了一個(gè)微觀模型，可以復(fù)制心肌梗死的關(guān)鍵方面，有朝一日可能成為新的個(gè)性化心臟藥物的試驗(yàn)平臺(tái)。南加州大學(xué)（USC）Alfred E. Mann生物醫(yī)學(xué)工程系的研究人員開發(fā)了一種在芯片上模擬心臟病發(fā)作的平臺(tái)-一種有朝一日可以作為開發(fā)新的心臟藥物甚至是個(gè)性化藥物的試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)備。

“我們的設(shè)備在一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單和易于使用的系統(tǒng)中復(fù)制了心臟病發(fā)作的一些關(guān)鍵特征，”生物醫(yī)學(xué)工程和干細(xì)胞生物學(xué)及再生醫(yī)學(xué)副教授Megan McCain說，他與博士后研究員Megan Rexius-Hall開發(fā)了該設(shè)備。

“這使我們能夠更清楚地了解心臟病發(fā)作后心臟是如何變化的。從那里，我們和其他人可以開發(fā)和測(cè)試對(duì)限制心臟病發(fā)作后可能發(fā)生的心臟組織的進(jìn)一步退化最有效的藥物，”McCain補(bǔ)充說。他和Rexius-Hall在最近發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的一篇文章中詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)，題目是”心肌梗塞邊界區(qū)芯片顯示了氧氣梯度對(duì)心臟組織功能的獨(dú)特調(diào)節(jié)?！?/p>

美國的頭號(hào)殺手

冠心病是美國的頭號(hào)殺手。根據(jù)美國心臟協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，2018年有36.09萬美國人患此疾病，嚴(yán)重的冠心病會(huì)導(dǎo)致心臟病發(fā)作，心臟病發(fā)作占美國死亡人數(shù)的12.6%。當(dāng)冠狀動(dòng)脈中的脂肪、膽固醇和其他物質(zhì)嚴(yán)重減少富含氧氣的血液流向心臟的一部分時(shí)，就會(huì)發(fā)生心臟病，2005年至2014年期間，平均每年有80.5萬美國人發(fā)生心臟病發(fā)作。

即使病人從心臟病發(fā)作中幸存下來，隨著時(shí)間的推移，他們也會(huì)變得越來越疲勞和容易生病；有些人甚至因心臟衰竭而死亡。這是因?yàn)樾呐K細(xì)胞不像其他肌肉細(xì)胞那樣可以再生。相反，免疫細(xì)胞出現(xiàn)在受傷的部位，其中一些可能是有害的。此外，疤痕的形成削弱了心臟和它能泵出的血液量。

然而，科學(xué)家們并不完全了解這一過程，特別是心臟健康和受傷部位的心臟細(xì)胞如何相互溝通，以及它們?cè)谛呐K病發(fā)作后如何以及為何發(fā)生變化。

麥凱恩和Rexius-Hall相信他們的芯片上的心臟病發(fā)作可以為這些奧秘帶來一些啟示：”從根本上說，我們希望有一個(gè)模型，可以讓人們更好地了解心臟病發(fā)作的傷害?！?/p>

芯片上的心臟病發(fā)作

芯片上的心臟病發(fā)作實(shí)際上是從頭開始建立的。底部是一個(gè)22毫米乘22毫米的正方形微流體裝置，由一種叫做PDMS的橡膠狀聚合物制成，其對(duì)立面有兩個(gè)通道，氣體在其中流動(dòng)。上面有一層非常薄的同樣的橡膠材料，它對(duì)氧氣是可滲透的，芯片的頂部繪制了一層微型蛋白質(zhì)圖案，”這樣心臟細(xì)胞就會(huì)排列起來，形成與我們心臟相同的結(jié)構(gòu)。最后，將嚙齒動(dòng)物的心臟細(xì)胞移植到蛋白質(zhì)上生長(zhǎng)。”

為了模擬心臟病發(fā)作，含氧和不含氧的氣體通過微流體裝置的每個(gè)通道被釋放出來，”將我們的心臟暴露在芯片上的氧氣梯度中，類似于心臟病發(fā)作時(shí)的真實(shí)情況”，McCain說。

由于微流控設(shè)備小而清晰，在顯微鏡下很容易看到，它還允許研究人員實(shí)時(shí)觀察心臟病發(fā)作后有時(shí)發(fā)生的功能變化，包括心律失?；虿灰?guī)則的心跳，以及收縮功能障礙，或心臟收縮強(qiáng)度的下降。在未來，研究人員可以通過添加免疫細(xì)胞或成纖維細(xì)胞（心臟病發(fā)作后產(chǎn)生疤痕的細(xì)胞）使模型更加復(fù)雜。

相比之下，研究人員無法通過動(dòng)物模型實(shí)時(shí)觀察心臟組織的變化。此外，傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)模型將心臟細(xì)胞統(tǒng)一暴露在高、中或低水平的氧氣中，但沒有梯度。Rexius-Hall說，這意味著它們不能模擬心臟病發(fā)作后所謂的邊界區(qū)受損心臟細(xì)胞的真實(shí)情況。

“設(shè)想我們的設(shè)備在不久的將來對(duì)病人的生活產(chǎn)生積極的影響，特別是對(duì)心臟病發(fā)作來說，這是非常令人興奮和有意義的，因?yàn)樾呐K病發(fā)作是非常普遍的”。

來源：cnBeta