2014年1月 21日，《美國國家科學(xué)院院刊》（簡稱PNAS）發(fā)表了一篇論文，報告佐治亞理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種微流體裝置，在該微流控芯片上，科學(xué)家可以控制內(nèi)皮細(xì)胞層的滲透率，改變細(xì)胞內(nèi)血液流動的速度，并引入化學(xué)物質(zhì)來消除體內(nèi)炎癥。

 

       微流控芯片技術(shù)發(fā)展迅速

       美國研究人員開發(fā)出一種新型微流控芯片，可模擬血管以加速納米藥物的開發(fā)過程，并能在較大的動物模型（如兔子）上更好地預(yù)測納米藥物的功效。該體外模型不僅比原始的試驗(yàn)節(jié)省更多的時間和金錢，而且還可以減少試驗(yàn)動物的使用。

       微流控芯片（又稱芯片實(shí)驗(yàn)室）是一種以在微米尺度空間對流體進(jìn)行操控為主要特征的科學(xué)技術(shù)。它具有將化學(xué)和生物實(shí)驗(yàn)室的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等基本功能微縮到一個幾平方厘米芯片上的能力。

       由于在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的巨大潛力，微流控芯片已經(jīng)處于一個生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、流體、電子、材料、機(jī)械等多學(xué)科交叉的嶄新研究領(lǐng)域，其發(fā)展令人矚目。隨著納米技術(shù)的進(jìn)步，繼續(xù)開放治療手段的多樣化，微流控芯片變得越來越重要——例如應(yīng)用于活的有機(jī)體內(nèi)平臺上，用來篩選潛在的納米藥物。 

       另外，動脈粥樣硬化也是一個可以受益于納米藥物的疾病。通過微流控芯片，科學(xué)家可以有效地觀察到納米藥物一旦進(jìn)入血液后的生理生化反應(yīng)。

       美國卓越納米技術(shù)國家中心、國立衛(wèi)生研究院(NIH)組成的多學(xué)科試驗(yàn)小組正致力于微流控芯片在動脈粥樣硬化細(xì)胞中的研究，其研究人員均來自全球頂尖研究所或科研院校，包括麻省理工學(xué)院、西奈山醫(yī)學(xué)院 、阿姆斯特丹醫(yī)學(xué)研究中心、日本九州理工學(xué)院、波士頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院和哈佛醫(yī)學(xué)院等。

 

新型微流控芯片可模擬血管

      研究人員發(fā)現(xiàn)，芯片上細(xì)胞的滲透性與微血管的滲透性在動脈粥樣硬化動物模型中存在極顯著的相關(guān)性。他們的芯片可以加速納米藥物的開發(fā)過程，并能在較大的動物模型（如兔子）上更好地預(yù)測納米藥物的功效。該體外模型不僅比原始的試驗(yàn)節(jié)省更多的時間和金錢，而且還可以減少試驗(yàn)動物的使用。

      在這項(xiàng)研究中，研究人員開發(fā)了一種微流體裝置（如圖），其上覆蓋著一段內(nèi)皮細(xì)胞。 內(nèi)皮細(xì)胞膜位于底部通道的位置，可通過分流程層使納米顆粒下降到低通道。

      微流控芯片允許精確控制機(jī)械和化學(xué)環(huán)境的活細(xì)胞。 在該芯片上，研究人員可以創(chuàng)建生理狀態(tài)下細(xì)胞，控制內(nèi)皮細(xì)胞層的滲透率，改變血液流動的速度，并在細(xì)胞中引入化學(xué)物質(zhì)，化學(xué)物質(zhì)的釋放可有效地消除體內(nèi)炎癥。

                                                                                

                                                                微流控裝置：內(nèi)皮細(xì)胞多孔膜生長在兩層分離的微流控通道內(nèi)(3μm孔隙)   

    “這是一個簡單的模型：微流控芯片不是簡單的細(xì)胞培養(yǎng)皿——某些大型動物模型，通過使用合適的微電極，微流控芯片也能進(jìn)行很好的檢測。”佐治亞州理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院的生物工程系的 Kim教授說。

推廣可能需要15年

      Dr.Kim說：“這好比一個的體外胎盤試驗(yàn)，雖然目前它不會完全復(fù)制體內(nèi)的物質(zhì)，但在不久的將來，這項(xiàng)技術(shù)將會更成熟，并且可以拯救動物。日前若干個微流控新藥物輸送系統(tǒng)已經(jīng)被美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)；從綜合測試到體外試驗(yàn)和獲得批準(zhǔn)，整個納米藥物微流控平臺的推廣可能需要15年。”

他還說，“在未來，我們可以使用芯片更快地了解動物模型使用藥物后的臨床反應(yīng)，甚至推廣于人類模型，相比傳統(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)皿研究是做不到的。"

同時他還表示：雖然這微流控芯片比目前的細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)顯示了更好的可預(yù)測性，但它不會取代動物研究，它為某些疾病的納米藥物研發(fā)提供了一個相對更完整的臨床觀察圖片。