近日，www.优德88.cpm 孙立宁教授、杨浩教授团队开发了一种高度集成的多层微流控芯片，集成了血管内皮细胞的类血管动态培养及介电泳操作等功能，实现了血管内皮细胞力学特性原位测量的功能，具有测量结果准确、测量效率高、节省人力等优势。该成果以www.优德88.cpm 机电工程学院为第一单位发表在英国皇家化学会期刊Lab on a Chip上（中国科学院一区Top），并被选为封面论文 (Back Cover)。论文题目为 “A microfluidic platform integrating dynamic cell culture and dielectrophoretic manipulation for in situ assessment of endothelial cell mechanics”。

研究背景

血管内皮细胞 (ECs) 是血液与血管壁之间的屏障，具有调节血压、调节血栓、调节炎症反应和血管生成等重要作用。血管内皮细胞与血液中的运输的各种小分子、大分子和激素等物质直接接触并相互作用、相互调节。EC 功能障碍可能导致动脉粥样硬化、出血性疾病、器官功能障碍等多种疾病发生。

近年来，研究人员逐渐发现，人体诸多细胞的功能与其力学特性(如弹性模量和剪切模量等)密切相关且相互影响，逐渐成为一项重要的生物标记。ECs 也不例外，力学特性标志了其功能状态。因此，对于细胞力学特性准确、快速、高效的测量成为对其深入研究的基础。

目前，大多数细胞力学特性的测量方法都是在体外静态环境下进行的，无法提供细胞在体内的真实生长环境，天然地导致测量结果不准确，人体相关性差。对于血管内皮细胞来说，在体内处于复杂的血管微环境中，其功能与状态受到流体剪切力、各种生化因子、细胞间相互作用等因素的影响，这些影响因素与 ECs 的力学特性直接相关且相互影响。

因此，为了获得准确的 ECs 力学特性，构建类血管的细胞生长环境是重要基础，并需要精巧、集成地实现。

论文详情

在该创新方案中，首先需要在器官芯片模块构建类生理、病理环境的细胞生长微环境，并对细胞进行动态培养；经过 3~4 天的培养之后，利用胰蛋白酶将粘附生长的 ECs 快速洗脱，并进入混合模块将胰蛋白酶充分稀释，随后进入细胞捕获模块，将细胞捕获在微阱并利用介电泳对细胞进行拉伸操作，获取其力学特性参数。

作者通过所构建的血管微环境和细胞机械特性测量方法，首创性地深入研究了不同流速 (0, 0.5, 10, 30 和 50 μL/min) 和药物作用下对人脐静脉内皮细胞 (HUVECs) 杨氏模量的影响。结果表明，杨氏模量随着流体剪切力的增大而增大，表明血流动力学在调节 ECs 生物力学中的重要性。相反的，TNF-α 作为一种炎症诱导剂降低了HUVECs 的硬度，显示对ECs的不利影响。而一种细胞骨架干扰物Blebbistatin则显著降低了HUVECs的杨氏模量，表明了细胞骨架与其力学特性有紧密关系。  

综上所述，本文提出的模拟血管动态培养和力学特性测量相结合的方法为准确有效地研究细胞力学特性提供了新的思路，并为心血管疾病、细胞药理机制的研究提供了有效工具。

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2023/lc/d3lc00363a

RSC推文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/yf2JV9X9F8rjItcEi6ztwQ