低成本尼龙血管芯片：高剪切应力下血管生物学研究的突破性平台

推荐：针对现有微流控平台成本高、通道几何结构非生理性等问题，研究人员开发了基于PDMS和尼龙线的NVoC芯片系统。该系统通过聚多巴胺(PD)和胶原-I涂层实现内皮细胞长期培养，支持高达90 dyne/cm2 的剪切应力，成本降低6倍，为肺动脉高压(PAH)等血管疾病研究提供新工具。

　　

在血管生物学领域，内皮细胞如何响应血流剪切应力是维持血管稳态的核心问题。肺动脉高压(PAH)等疾病中，异常的剪切应力会破坏内皮功能，但现有商业微流控设备如ibidi μ-Slides存在成本高昂、通道几何结构非生理性等局限。更棘手的是，这些系统难以模拟PAH患者远端肺动脉中超过100 dyne/cm²
的病理级剪切应力。

荷兰莱顿大学医学中心等机构的研究团队在《Microvascular Research》发表了一项创新研究，他们用尼龙线和PDMS开发出成本仅为商业产品1/6的NVoC芯片。这种芯片通过3D打印模具和尼龙线脱模技术，首次实现了无需专业设备的圆形通道制备，配合聚多巴胺(PD)和胶原-I涂层，成功培养内皮细胞并耐受90 dyne/cm²
的高剪切应力。研究还创建了永生化内皮祖细胞(iECFCs)系，解决了原代细胞培养繁琐的问题。

关键技术包括：1) 3D打印模具结合尼龙线脱模制备圆形微通道；2) PD和胶原-I双重表面活化；3) 压力/蠕动泵系统实现2.5-90 dyne/cm²
剪切应力梯度；4) 从健康供体血液分离的ECFCs经33种基因文库转导实现永生化；5) CFD模拟验证流体动力学参数。

【3.1 圆形微通道芯片开发】
通过Autodesk Fusion360设计的3D打印模具，将不同直径(0.3-0.8 mm)尼龙线嵌入PDMS，脱模后形成生理性圆形通道。计算流体力学(CFD)模拟显示0.35 mm通道在8000 μL/min流速下可产生90 dyne/cm²
剪切应力，活体成像证实无PDMS变形。

【3.2 永生化细胞模型建立】
将患者来源的ECFCs用33种增殖相关基因文库转导，获得可稳定传代的iECFCs。相比原代细胞，iECFCs能在成本更低的MCDB131培养基中生长，且保持相似形态，但高剪切应力下不出现HUVECs典型的流动对齐现象。

【3.3 表面活化技术优化】
对比氧等离子体处理、单纯胶原涂层与PD+胶原组合，发现PD预处理使细胞附着率提升3倍。PD的儿茶酚基团与胶原共价结合，解决了PDMS疏水性导致的细胞脱落问题。

【3.4 动态培养体系验证】
双次接种策略(间隔2小时翻转芯片)实现通道360°内皮化，而单次接种仅覆盖60%面积。在ibidi压力泵系统中，0.35 mm通道的iECFCs耐受90 dyne/cm²
达72小时，并激活eNOS表达，证实机械传感通路响应。

【3.5 分子生物学兼容性】
从单通道可提取300 ng RNA和20 μg蛋白，Western blot检测到BMP9诱导的pSMAD1/5/9磷酸化。免疫荧光显示HUVECs中VE-Cadherin沿流动方向重组，而iECFCs因增殖活跃未形成典型连接。

这项研究突破了三个关键技术瓶颈：首先，尼龙线脱模法以0.35欧元/通道的成本实现生理性圆通道，比光刻技术降低两个数量级；其次，PD涂层使PDMS表面能维持7天亲水性，克服了传统等离子处理的时效缺陷；最重要的是，该系统首次在低成本平台上实现病理级(>60 dyne/cm²
)剪切应力模拟。

临床转化意义在于：1) 为PAH研究提供可模拟血管重塑后高剪切应力的模型，2) 永生化iECFCs解决患者样本稀缺问题，3) 模块化设计支持添加周细胞等构建复杂血管单元。作者指出，未来可拓展用于颅内动脉瘤(>300 dyne/cm²
)等疾病研究，但需优化长期PD涂层稳定性。

这项来自欧洲多国合作的研究，通过巧妙的工程学简化，将高端血管芯片技术"民主化"，使资源有限实验室也能开展动态内皮研究。正如讨论部分强调的，NVoC不仅填补了"高剪切-低成本"微流控设备的空白，其3D打印模具开源性更有利于全球技术共享，为理解血流动力学与疾病关系开辟了新途径。