艾玮得生物血管芯片：用“芯”出发，探索血管奥秘

3D血管模型采用艾玮得自研的高通量无膜屏障芯片构建（图1），该芯片是具有三通道的可灌注3D培养芯片，三通道相互连接，通过固体边缘效应构建无膜式屏障，可对三通道中的细胞进行定位，更好的实现细胞间相互作用以及氧气、营养物质的充分交换。芯片的通量为40，可实现大规模3D血管模型构建，方便进行后续高通量药物筛选及培养条件优化等实验。

图1 无膜屏障芯片血管模型结构示意图

选取高通量无膜屏障芯片，通过在芯片的中间通道加入水凝胶，在一侧通道接种HUVEC（人脐静脉血管内皮细胞）细胞悬液，培养3-5天后，获得稳定的、可灌注的3D血管模型。该模型模型具有高度的仿真性，在形态学上重现了体内血管的管状结构，包括内皮细胞层的连续性和完整性，细胞极性等；在生理功能上具有完好的通透性和屏障功能，功能性内皮屏障的形成是成功构建血管模型的标志之一。

通过三维重构显示了血管的三维结构，3D血管模型具有完整的单层清晰的管状形态，具有可灌注的管腔

通过免疫荧光染色可观察到VE-cadherin和F-actin高表达，表明3D血管模型中内皮细胞排列紧密，结构完整，具有明显的极性分布（图3）。

图3  3D血管免疫荧光标记（左VE-cadherin，右F-actin）

在3D血管模型的基础上，通过在对侧通道加入特定的诱导因子，艾玮得已成功构建出血管新生模型（图4）。血管新生模型在基础研究层面有助于研究血管新生的分子机制，通过进一步引入其他调控因子，可以探讨其在血管新生过程中的作用机制及潜在的临床应用价值，在药物研发领域可以用于开发血管相关疾病的药物以及用于抑制血管新生的抗肿瘤药物的评价和筛选等。

图4  3D血管模型应用于血管新生

选取高通量无膜屏障芯片，通过在芯片的中间通道加入含有肿瘤球的凝胶，在两侧通道接种HUVEC（人脐静脉血管内皮细胞）细胞悬液，培养3-5天后，获得血管化的肿瘤球模型（图5）。血管化肿瘤模型在肿瘤研究和治疗中具有广阔的应用前景，它不仅为理解肿瘤生物学提供了重要工具，还为开发新型治疗方法和个体化治疗策略提供了实验基础。

图5  3D血管化肿瘤球模型

艾玮得血管器官芯片可以用于物质刺激（如新冠病毒、登革热病毒）血管后的渗透性变化检测。血管屏障功能检测显示正常的3D血管模型对荧光染料（FITC-葡聚糖）的渗透性较低，细胞因子加入后3D血管模型能够响应刺激，血管通透性发生变化（图6）。

图 6  3D血管屏障功能与细胞因子刺激检测（左：Control，右：TNF-a），进行表观渗透(Papp)定量分析  

艾玮得血管器官芯片可以用于物质刺激血管后的免疫细胞动力学研究。促炎因子刺激后3D血管模型中内皮细胞黏附分子（如ICAM-1）表达增加诱导单核细胞粘附，可用于研究单核细胞在血管内的粘附行为及影响因素研究（图7）。

图7  THP-1细胞加入促炎因子刺激后的3D血管模型用以黏附行为研究