微生理系统构建血管损伤诱导内膜增生的新型药物测试平台

本研究创新性地利用微生理系统（MPS）开发了血管损伤诱导内膜增生（IH）的三维模型，成功模拟了内皮剥脱、血管平滑肌细胞（VSMC）增殖迁移及炎症等病理特征。通过该模型验证了抗增殖药物虽抑制VSMC却加重内皮损伤的矛盾效应，并发现双药联用（DPI+槲皮素）可协同改善病理进程，为药物涂层球囊（DCB）和洗脱支架（DES）的优化治疗提供了新策略。

　　

研究背景

血管介入治疗后的再狭窄问题长期困扰临床，尽管药物涂层球囊（DCB）和洗脱支架（DES）通过释放抗增殖药物（如紫杉醇、依维莫司）抑制血管平滑肌细胞（VSMC）增殖，但10.6%的患者仍发生再狭窄。动物模型存在物种差异，而传统二维培养无法模拟三维病理微环境。微生理系统（MPS）凭借人源细胞共培养和可控刺激的优势，成为研究血管损伤诱导内膜增生（IH）的理想平台。

模型构建与验证

研究团队通过五通道MPS装置（图1），在基质刚度优化的基础上，采用低密度内皮细胞（EC）接种模拟内皮剥脱，联合血小板衍生生长因子（PDGF-BB，20 ng mL^?1）及炎症因子（TNF-α/IL-1β，0.5 ng mL^?1）建立IH模型。该模型成功复现了三大核心特征：

1. 内皮功能障碍：70/2000 kDa葡聚糖渗透系数显著升高（3.03×10^?5 cm s^?1），VE-钙黏蛋白表达下调（0.819倍），ICAM-1表达面积扩大至1132 μm²（对照组仅37.9 μm²）；

2. VSMC异常活化：PDGF-BB使VSMC增殖增加1.3倍，迁移率升至0.132%（对照组0.00135%）；

3. 炎症微环境：炎症相关基因NFKB1和VCAM1表达分别上调3.23倍和9.47倍，且MMP9分泌量显著增加。

药物测试与机制探索

抗增殖药物测试揭示了关键矛盾：紫杉醇和依维莫司虽抑制VSMC增殖（分别降至1.07倍和1.05倍），但加剧内皮凋亡（凋亡面积扩大2.1倍）。通过筛选抗炎药物，发现：

• 槲皮素（20 μM）促进内皮修复，但VSMC迁移抑制不显著（0.842% vs IH组1.46%）；

• DPI（2.5 μM）有效抑制VSMC迁移（0.0461%），但延缓内皮覆盖；

• 双药联用展现出协同效应：VSMC增殖/迁移分别降至0.898倍和0.080%，且内皮修复未受抑制（凋亡面积与IH组无统计学差异）。

分子机制与临床潜力

分泌组学显示双药治疗显著降低促炎因子（GRO-α、ENA-78等），但ICAM-1表达反常升高（1840 μm²），可能与内皮修复过程相关。基因分析证实该组合下调炎症通路（NFKB1降为1.66倍），同时激活抗氧化基因NFE2L2（1.414倍）。值得注意的是，MMP9分泌量在3D模型中较2D培养高3.2倍，提示MPS更贴近体内微环境。

局限与展望

当前模型尚未整合血流剪切力和免疫细胞浸润，未来需延长培养周期以观察晚期ECM重塑。但该研究已为DCB/DES的药物优化提供了高通量筛选平台，双药联用策略有望突破现有抗增殖药物的治疗瓶颈。

结论

这项研究通过MPS构建的IH模型不仅揭示了抗增殖药物的局限性，更发现了DPI与槲皮素的协同治疗潜力，为血管介入术后再狭窄的精准治疗开辟了新路径。