基于微流控细胞共培养技术的仿生心肌炎症损伤模型的构建

北京大学药学院的屠鹏飞、姜勇教授团队在Analytical Chemistry 发表基于微流控技术的心肌炎症损伤模型的新成果。第一作者为艾晓妮博士，该课题得到国家自然科学基金和国家重大新药创制专项的支持。该研究首次以巨噬细胞介导的炎症反应为切入点，利用仿生微流控芯片技术构建巨噬细胞和心肌细胞的共培养体系，操控多细胞实现高时空分辨的相互作用检测，成功建立了体外仿生心肌炎症损伤模型，为揭示炎症反应介导的免疫调控和抗心肌损伤治疗提供了理想的技术平台。

仿生微流控芯片作为体外生物微环境模拟和病生理机制研究的高效平台，极大地推动了生命科学、药学、医学等相关领域的研究进展。心肌梗死是造成心力衰竭最常见的原因，严重危害人类的健康。尽管由缺血缺氧引起的心肌病理性损伤备受关注，但临床疗效不佳，后来人们发现炎症反应在梗死后心室重构以及心衰的发生发展中起到重要作用，与患者愈后密切相关。研究表明，炎症反应贯穿于心肌梗死整个病程的始终，尤其是巨噬细胞介导的炎症反应很可能是调控心梗后心功能恶化衰竭的核心。

该工作构建了以巨噬细胞和心肌细胞共培养为基础的仿生心肌炎症损伤病理模型，采用具有高度差的微通道进行细胞共培养，使两种不同类型的细胞不会相互混合干扰，但炎症因子可以通过扩散方式交流通讯，100 s之内可以实现炎症因子的扩散平衡。仿生微流控芯片上免疫荧光染色结果表明，LPS活化的炎性巨噬细胞可诱导心肌细胞凋亡，其细胞存活率降低、细胞核染色质固缩、线粒体细胞膜电位降低、Caspase-3荧光强度增加，说明线粒体依赖的Caspase凋亡通路参与心肌细胞凋亡的过程。进一步的炎症反应机制研究表明，其与NF-κB炎症信号通路激活，释放NO、TNF-α、IL-6、MCP-1等炎性因子密切相关。

抗炎治疗作为抑制心室重构的治疗策略越来越受到关注。非甾体类消炎药具有抗炎镇痛疗效，广泛用于心血管疾病的治疗，但近年来人们发现其可能导至心衰加重、心肌缺血时间增加等不良反应。因此，寻找更加安全、有效的抗心肌炎症的药物显得尤为迫切。该研究利用微流控技术构建了仿生心肌炎症损伤模型，并对炎症促进心力衰竭的作用机制进行了初探，为寻找既能抗炎又能拮抗心肌实质细胞凋亡的药物提供了新颖的方法学平台。