基于微流控細胞共培養技術的仿生心肌炎癥損傷模型的構建

北京大學藥學院的屠鵬飛、姜勇教授團隊在Analytical Chemistry 發表基于微流控技術的心肌炎癥損傷模型的新成果。第一作者為艾曉妮博士,該課題得到國家自然科學基金和國家重大新藥創制專項的支持。該研究首次以巨噬細胞介導的炎癥反應為切入點,利用仿生微流控芯片技術構建巨噬細胞和心肌細胞的共培養體系,操控多細胞實現高時空分辨的相互作用檢測,成功建立了體外仿生心肌炎癥損傷模型,為揭示炎癥反應介導的免疫調控和抗心肌損傷治療提供了理想的技術平臺。

 

仿生微流控芯片作為體外生物微環境模擬和病生理機制研究的高效平臺,極大地推動了生命科學、藥學、醫學等相關領域的研究進展。心肌梗死是造成心力衰竭最常見的原因,嚴重危害人類的健康。盡管由缺血缺氧引起的心肌病理性損傷備受關注,但臨床療效不佳,后來人們發現炎癥反應在梗死后心室重構以及心衰的發生發展中起到重要作用,與患者愈后密切相關。研究表明,炎癥反應貫穿于心肌梗死整個病程的始終,尤其是巨噬細胞介導的炎癥反應很可能是調控心梗后心功能惡化衰竭的核心。

 

該工作構建了以巨噬細胞和心肌細胞共培養為基礎的仿生心肌炎癥損傷病理模型,采用具有高度差的微通道進行細胞共培養,使兩種不同類型的細胞不會相互混合干擾,但炎癥因子可以通過擴散方式交流通訊,100 s之內可以實現炎癥因子的擴散平衡。仿生微流控芯片上免疫熒光染色結果表明,LPS活化的炎性巨噬細胞可誘導心肌細胞凋亡,其細胞存活率降低、細胞核染色質固縮、線粒體細胞膜電位降低、Caspase-3熒光強度增加,說明線粒體依賴的Caspase凋亡通路參與心肌細胞凋亡的過程。進一步的炎癥反應機制研究表明,其與NF-κB炎癥信號通路激活,釋放NO、TNF-α、IL-6、MCP-1等炎性因子密切相關。

圖1.(a)心肌炎癥損傷病生理示意圖:心肌梗塞引發強烈的炎癥反應,巨噬細胞浸潤引起心肌細胞炎癥損傷;(b)基于微流控的仿生心肌炎癥損傷模型示意圖和實物圖:兩側與中間通道分別培養巨噬細胞和心肌細胞,炎性介質通過微通道間的矮槽相通。

 

抗炎治療作為抑制心室重構的治療策略越來越受到關注。非甾體類消炎藥具有抗炎鎮痛療效,廣泛用于心血管疾病的治療,但近年來人們發現其可能導致心衰加重、心肌缺血時間增加等不良反應。因此,尋找更加安全、有效的抗心肌炎癥的藥物顯得尤為迫切。該研究利用微流控技術構建了仿生心肌炎癥損傷模型,并對炎癥促進心力衰竭的作用機制進行了初探,為尋找既能抗炎又能拮抗心肌實質細胞凋亡的藥物提供了新穎的方法學平臺。

 

 

該論文作者為:Xiaoni Ai, Wenbo Lu, Kewu Zeng, Chun Li, Yong Jiang and Pengfei Tu

文章信息:Microfluidic Coculture Device for Monitoring of Inflammation-Induced Myocardial Injury Dynamics, Anal. Chem.201890, 4485, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b04833.

 

 

 

文章出處:X-MOL

轉載自:微流控科技

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