VenaFlux微流控芯片在人體血管研究中的應(yīng)用

一、 背景

人體循環(huán)系統(tǒng)包含許多不同類(lèi)型的血管，它們將血細(xì)胞、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、氧氣、二氧化碳和激素等輸送到身體的各個(gè)部位。血管也在血栓、炎癥、粥樣硬化等疾病中起重要作用。隨著微流控技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的研究者嘗試在體外模擬人體血管以進(jìn)行相關(guān)疾病的機(jī)制和藥物研究。VenaFlux平臺(tái)是Cellix專(zhuān)門(mén)針對(duì)血管研究提出的一套微流控集成系統(tǒng)，包含Starter、Pro和Elite版本。本文將簡(jiǎn)要介紹該平臺(tái)應(yīng)用于人體血管研究的工作原理及應(yīng)用領(lǐng)域。

二、 VenaFlux的工作原理

VenaFlux是如何模擬人體血管的呢？

血液在流動(dòng)的過(guò)程中，血液施加在血管壁的力被稱(chēng)為剪切應(yīng)力，以力-面積單位（通常為dyne/cm²）表示，不同血管中的剪切應(yīng)力不同。Vena8 Fluoro+ 和Vena8 Endothelial+ 生物芯片的微通道類(lèi)似于動(dòng)脈、靜脈和毛細(xì)血管，有助于研究者在體外剪切應(yīng)力下研究血液和凝血因子的作用。

為了模擬體內(nèi)的生理剪切應(yīng)力，Cellix利用精密的微流體Mirus Evo泵和ExiGo泵以恒定或可變剪切應(yīng)力將細(xì)胞樣本或全血輸送到Vena8 Fluoro+或Vena8 Endothelial+生物芯片的微通道中。

生物芯片被放置在溫度可控的微環(huán)境室中以模擬生理?xiàng)l件。這個(gè)微環(huán)境室位于帶有數(shù)碼相機(jī)的倒置顯微鏡的平臺(tái)上，顯微鏡和攝像頭進(jìn)行自動(dòng)圖像/視頻采集。

Image Pro Premier是一款細(xì)胞分析軟件程序，可以分析顯微鏡和數(shù)碼相機(jī)拍攝的圖像。利用這款軟件，可以測(cè)量出芯片中單個(gè)血栓或聚集體的數(shù)目、還可以用于分析白細(xì)胞滾動(dòng)速度、粘附與遷移等。以下為部分研究示例：

使用Image Pro Premie分析Vena8 Fluoro+生物芯片的纖維狀膠原涂層微管上的血栓形成

使用Image Pro Premier分析THP-1細(xì)胞在Vena8 Fluoro+芯片的VCAM涂層微管上的粘附

使用Image Pro Premier分析Vena8 Fluoro+芯片的E-選擇素涂層微管上的THP-1細(xì)胞滾動(dòng)速度

三、 VenaFlux的應(yīng)用領(lǐng)域

血栓：

常在人體中，當(dāng)血管受損傷時(shí)，為了防止大量出血，血小板和纖維蛋白會(huì)形成血凝塊。然而有時(shí)候即使血管沒(méi)有受損傷時(shí)依然會(huì)形成血栓，這引起了研究者對(duì)于血栓形成機(jī)制及防治的興趣。血栓的形成是一個(gè)多步驟過(guò)程：包括血小板粘附、激活和血小板聚集等。要想研究血小板的粘附、聚集和血栓形成，就必須要在剪切流動(dòng)的條件下進(jìn)行。

炎癥：

一般來(lái)說(shuō)，經(jīng)典的三步白細(xì)胞吸附級(jí)聯(lián)包括細(xì)胞滾動(dòng)、細(xì)胞粘附和細(xì)胞遷移。細(xì)胞滾動(dòng)是選擇素介導(dǎo)的滾動(dòng)，E-選擇素識(shí)別并以與某些白細(xì)胞表面蛋白上存在的受體結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞沿著血管的內(nèi)皮表面滾動(dòng)。隨著炎癥反應(yīng)的進(jìn)行，受損組織釋放的趨化因子進(jìn)入血管并激活滾動(dòng)的白細(xì)胞，這些白細(xì)胞與內(nèi)皮表面緊密結(jié)合，細(xì)胞粘附是遷移到炎癥組織之前的重要步驟。細(xì)胞遷移是細(xì)胞在接收到遷移信號(hào)或感受到某些物質(zhì)的梯度后而產(chǎn)生的移動(dòng)。

動(dòng)脈粥樣硬化：

由于斑塊（脂肪沉積物）的積聚而導(dǎo)致的動(dòng)脈變窄，動(dòng)脈粥樣硬化是最常見(jiàn)的心血管疾病之一，可導(dǎo)致包括中風(fēng)或冠狀動(dòng)脈疾病等許多疾病。

四、 VenaFlux多版本介紹

     VenaFlux Starter：裝有VenaFluxAssay軟件的PC通過(guò)USB連接到Mirus Evo泵。Mirus Evo泵管套件將Mirus Evo泵連接到MultiFlow8，MultiFlow8通過(guò)連接管連接到生物芯片。生物芯片放置在顯微鏡載物臺(tái)上的微環(huán)境室中（VenaFlux Starter不包含顯微鏡）。

VenaFlux Pro：在Starter配件的基礎(chǔ)上，搭配Axio Vert A1顯微鏡和數(shù)碼相機(jī)，工作程序如下圖所示：

VenaFlux Elite：在Starter配件的基礎(chǔ)上，搭配Axio Observer7顯微鏡和數(shù)碼相機(jī)。產(chǎn)品實(shí)物圖如圖：

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