2014年1月 21日，《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（簡(jiǎn)稱PNAS）發(fā)表了一篇論文，報(bào)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(dòng)的速度，并引入化學(xué)物質(zhì)來(lái)消除體內(nèi)炎癥。

 

       微流控芯片技術(shù)發(fā)展迅速

       美國(guó)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(guò)程，并能在較大的動(dòng)物模型（如兔子）上更好地預(yù)測(cè)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(shí)間和金錢，而且還可以減少試驗(yàn)動(dòng)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(duì)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(cè)等基本功能微縮到一個(gè)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(gè)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(lái)越重要——例如應(yīng)用于活的有機(jī)體內(nèi)平臺(tái)上，用來(lái)篩選潛在的納米藥物。 

       另外，動(dòng)脈粥樣硬化也是一個(gè)可以受益于納米藥物的疾病。通過(guò)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(guó)卓越納米技術(shù)國(guó)家中心、國(guó)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(dòng)脈粥樣硬化細(xì)胞中的研究，其研究人員均來(lái)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(dòng)脈粥樣硬化動(dòng)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(guò)程，并能在較大的動(dòng)物模型（如兔子）上更好地預(yù)測(cè)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(shí)間和金錢，而且還可以減少試驗(yàn)動(dòng)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(guò)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(dòng)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(zhǎng)在兩層分離的微流控通道內(nèi)(3μm孔隙)   

    “這是一個(gè)簡(jiǎn)單的模型：微流控芯片不是簡(jiǎn)單的細(xì)胞培養(yǎng)皿——某些大型動(dòng)物模型，通過(guò)使用合適的微電極，微流控芯片也能進(jìn)行很好的檢測(cè)。”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(shuō)。

推廣可能需要15年

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

他還說(shuō)，“在未來(lái)，我們可以使用芯片更快地了解動(dòng)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(shí)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(cè)性，但它不會(huì)取代動(dòng)物研究，它為某些疾病的納米藥物研發(fā)提供了一個(gè)相對(duì)更完整的臨床觀察圖片。