
长期药物分布研究需要更持久的血管模型
美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology,MIT)与宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)团队研究,持续流动能否延长体外自组装微血管网络的使用时间。这类模型可用于药物分布、血管炎症和组织成熟研究,而血管在形成后较快退化,会限制能够观察的过程。
模型由永生化的人脐静脉内皮细胞与原代正常人肺成纤维细胞构成。研究将灌流能力、通透性和形态作为不同评价项目,并结合流体计算、炎症因子和分细胞类型的 RNA 测序,观察流动引发的变化。
已经退化的网络可以恢复灌流
静置培养中,部分网络在第 7 天已经相连,随后出现管腔变窄、连接减少和灌流丢失。团队在第 12 天引入流动,第 15 天可灌流网络比例明显增加;一些原先灌流不良的网络也恢复了液体通路。
恢复灌流期间,平均管径和血管段长度增加,血管密度下降。第 22 天恢复网络的通透性与第 7 天网络相近,提示恢复涉及结构重排,同时保留一定的屏障功能。不同网络退化的速度并不完全一致,整体平均形态也可能掩盖个别网络失去灌流的过程。
培养至第 51 天时,网络仍在重塑
后续长期实验从第 7 天开始流动,持续至培养第 51 天,即经历了 44 天流动。去除额外生长因子的维持培养液有助于避免管径持续过度扩大;在这一条件下,网络到实验结束时仍能灌流。
与第 7 天相比,第 51 天的平均管径约为原来的 3 倍,平均血管段长度约为 4 倍,血管密度则降至约原来的 1/11。与总体流动方向一致的血管逐渐占优势,与流向垂直的部分血管逐渐退化。长期灌流伴随着持续的血管重塑。
70 kDa 葡聚糖的通透性在第 7–31 天保持在约 1×10⁻⁷–3×10⁻⁷ cm/s。这个功能检测的实际时间范围短于第 51 天的灌流观察;作者也讨论了后期通透性数值及示踪物加入方式的影响。
泵驱动与摇摆的差别涉及流量和方向
团队还比较了泵驱动与摇摆产生的往复流。采用维持培养液时,摇摆组到第 16 天失去灌流,泵驱动组仍保持灌流并逐渐沿流动方向排列;采用生长培养液的摇摆组仍可灌流,但血管较细。
泵与摇摆之间不仅流动方向不同,压差和流量幅度也不同。论文因此将流动强度和方向都列为可能影响网络稳定性的因素,当前比较并没有单独隔离方向的作用。
流体计算进一步比较第 14 天仍存在、到第 21 天保持或退化的血管段。稳定血管的平均半径、流速和流量较大,平均壁面剪切应力却未显示差异。模型提示流量与稳定性有关,同时也受到二维成像测径和截面形状假设的影响。
炎症下降与培养液变化需要一起解释
短期比较中,部分炎症因子在开始流动后下降,但白细胞介素 6(interleukin 6,IL-6)在第 9 天一度升高,到第 11 天才回到与静置组相近的水平。长期比较中,另一些炎症因子随时间下降,IL-6 的下降趋势则未达到统计学显著。
第 7 天样本来自生长培养液中的静置网络,后续样本同时经历流动和培养液更换。作者用另一个二维共培养体系考察培养液影响,并指出培养液本身会改变部分炎症信号。因此,长期炎症变化需要同时考虑流动与环境变化。
内皮细胞与成纤维细胞在第 7、15、24 天的转录比较显示,两类细胞均参与细胞外基质和血管重塑。部分连接相关基因表达下降;第 7–31 天检测到的血管通透性仍较低,论文也报告血管内皮钙黏蛋白(VE-cadherin)在细胞连接处的定位保持。
长期血管平台仍需匹配具体药物研究用途
研究的直接贡献是延长血管模型的观察窗口,并显示流动、培养液和局部结构怎样影响其功能。药物分布是作者提出的应用方向;本篇实际完成的是血管质量和重塑评价,尚未报告特定药物的长期分布或药效比较。
作者还提出采用器官特异性或患者来源细胞。当前模型缺少周细胞和平滑肌细胞,持续扩大的管径、变化的血管密度及可能的局部缺氧,也使长期模型需要按研究问题选择评价时间和检测指标。