可灌流血管保留舒缩与屏障功能

Duke 等团队在 Nature Communications 报道一种人源组织工程血管,在芯片中构建内皮与血管壁细胞层,研究早期动脉粥样硬化及药物反应。胶原凝胶经压缩脱水后提高机械强度,血管内径约为 0.65 mm。

团队比较含内皮与新生儿皮肤成纤维细胞的两层结构,以及另加入冠状动脉平滑肌细胞的三层结构。两者用于部分舒缩比较,其他主要实验采用两层结构。

每条血管以 0.5 mL/min 灌流,形成约 0.4 Pa 剪切应力。培养 1 周后,苯肾上腺素可诱发收缩,乙酰胆碱可诱发舒张;这些反应及一氧化氮产生在至少 4 周中保持。

脂质与炎症刺激改变多项血管反应

研究以 50 μg/mL 酶修饰低密度脂蛋白(eLDL)处理 96 小时,并在部分实验中加入肿瘤坏死因子 α(TNF-α)。两类刺激降低舒缩反应,增加内皮黏附分子、单核细胞积累和泡沫细胞形成。

单核细胞可进入血管壁约 30–50 μm。U937 细胞与原代单核细胞分别用于相关比较;原代细胞预处理后还用表面标志检测其分化状态。

移除损伤因素并恢复培养 8 天后,舒缩反应约恢复至基线的 70%。大分子通透性仍偏高,血管舒缩与屏障功能的恢复进程并不一致。

洛伐他汀的作用随刺激和指标而不同

1 μM 洛伐他汀与 eLDL 共同加入,减少 eLDL 引起的舒缩异常和单核细胞积累,并降低部分内皮黏附分子表达。这一系统可单独研究他汀对血管壁的直接作用。

洛伐他汀也改善 TNF-α 条件下的舒缩反应,但未同样减少该条件下的单核细胞积累。研究还比较 CD80、CD36 等表面标志,记录药物在不同炎症及脂质条件下的变化。

NF157 延缓功能异常并减少单核细胞积累

P2Y11 受体抑制剂 NF157 以 25 μM 与 eLDL 共同加入。血管收缩及舒张异常出现得较晚;移除 eLDL 后,舒缩反应在约 6 天恢复,较未加 NF157 的 8 天更快。

NF157 显著减少单核细胞积累;ICAM-1 和 E-selectin 表达则仍高于未加 eLDL 的对照。舒缩、细胞积累与黏附分子表达呈现不同药物反应。

NF157 条件下的血管舒缩、单核细胞积累及黏附分子表达。

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NF157 条件下的血管舒缩、单核细胞积累及黏附分子表达。(Zhang X et al. / Nature Communications, 2020, Figure 9;CC BY 4.0;NLM/PMC)

模型使用简化血管壁与控制流动条件

原代平滑肌细胞的扩增能力、供者供应和收缩差异影响结构选择。两层模型主要采用成纤维细胞形成血管壁;剪切应力和流动条件也会影响单核细胞黏附。

模型适合分开观察早期脂质、炎症和药物效应。当前实验使用直血管段,后续可进一步调整流动或免疫细胞的加入方式,以研究更复杂的病变过程。

来源与延伸阅读

  1. Modeling early stage atherosclerosis in a primary human vascular microphysiological system. Nature Communications (2020). ↗

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