微流控动脉粥样硬化症早期体外模型的构建及其在血流动力学致病机制研究方面的应用

动脉粥样硬化(atherosclerosis, AS)引起的血管堵塞是导致心脑血管疾病的首要病因，然而，其发病机理尚不明确，缺乏有效的研究工具是制约相关研究的主要原因之一。本课题拟利用微流控技术构建和完善早期动脉粥样硬化研究的体外研究模型，实现实时动态监测和干预细胞在近生理、病理条件下的行为及其相伴的关键分子事件的发生、发展。利用该体外模型模拟体内引起动脉粥样硬化的低流速、快心率、血管异常狭窄、分叉等血流动力学微环境以及高血糖、高血脂症等血液成分改变等生化微环境，探讨在上述条件下血管内皮细胞骨架蛋白排列以及粘附分子和细胞间连接分子表达的改变、平滑肌细胞迁移行为的改变以及单核细胞、中性粒细胞贴壁性能的改变等和动脉粥样硬化早期病变密切相关的病理学改变发生、发展过程及其机理。本课题的实施将为动脉粥样硬化早期病理机制的研究提供新型技术平台并有望大大促进相关基础研究的进展。

本课题紧紧围绕课题计划书中构建动脉粥样硬化早期病变模拟体外模型这一中心任务，以微流控芯片、表面化学和纳米材料等为基本研究工具，首先构建和完善了可以给细胞施加流体剪切力和牵张应力的微流控装置，并在此基础上开展了多种血管细胞在力学刺激下形态和功能方面改变的基本机理研究，进一步进行了在力学背景下多种动脉粥样硬化危险因素和生化因子引起血管病理改变研究。结果表明，微流控动脉粥样硬化模型上的细胞比培养在传统培养皿上的细胞对生化因子的刺激更敏感，而这些反应在体内实验中都得到了验证。因此，我们构建的动脉粥样硬化模型可以替代部分动物实验用于低成本、高通量的抗动脉粥样硬化新药评价和筛选。在本项目支持下，我们共发表15篇SCI文章，申请7项专利，其中授权4项，培养2名硕士、3名博士、3名博士后。