王春生/朱铠团队成功构建高通量主动脉器官芯片模型

主动脉疾病是一种极其凶险且发病机制复杂的疾病，该病的主要治疗手段仍以预防性的手术治疗为主，目的是为了避免发生主动脉夹层、破裂等严重后果。因此，对于主动脉疾病机制的研究，并筛选出对疾病发展有抑制作用的药物，一直是研究的重点。复旦大学附属中山医院心外科王春生/朱铠教授团队在期biosensors & bioelectronics发表了题为Construction of a high-throughput aorta smooth muscle-on-a-chip for drug screening of thoracic aortic aneurysm的研究论文。

此研究中建立了一种高通量主动脉器官芯片模型，一方面成功在体外细胞实验中模拟了体内主动脉平滑肌的应力情况，另一方面通过高通量的药物筛选模型，筛选出两种对于主动脉疾病具有潜在治疗价值的药物二甲氧基氢偶素 (2-Methoxyestradiol)。此模型的建立将有助于未来对于主动脉疾病的个体化精准治疗和潜在药物的高通量筛选（图1）。

“器官芯片”技术可以高保真地再现器官水平的生理学和病理生理学。先前报道的各种血管芯片或动脉芯片的功能主要集中在模拟周围血管、脑动脉或其他动脉疾病，对于大直径动脉的器官芯片仍然十分缺乏。王春生教授团队一直致力于器官芯片技术与主动脉疾病的研究，已经先后在生物医学顶级期刊eLife和eBioMedicine上发表了两种原创主动脉器官芯片，并对疾病的机制进行了深入的探索。

在本研究中，课题组成员将原本的器官芯片的通量和功能进行升级，将单通道芯片更新为由4层PDMS构建的18孔芯片平台，以实现对多种药物的快速体外筛选和对潜在机制的深入研究。由于所有微孔的分布与传统的实验室耗材96孔板完全一致，因此芯片在完成检测步骤后可直接上机酶标仪进行检测，并通过酶标仪读数结果的快速分析实现检测结果的可视化（图2）。

为了研究主动脉疾病的发病机制，实现药物疗效的快速检测，课题组成员将线粒体功能的六个指标NADH/NAD+、 琥珀酸盐（Succinate）、细胞色素 C（Cytochrome C）、ADP/A TP、活性氧 (reactive oxygen species , ROS) 和膜电位结合到芯片中。进一步的，通过对于HIF-1α通路的7种特异性抑制剂在6株疾病/正常来源的原代平滑肌细胞上进行检测，筛选出了两种具有潜在治疗作用的药物，并通过WB实验和qPCR实验进一步验证了芯片上的结果。

总体而言，本研究首次报道了一个原创的高通量、可拉伸的主动脉平滑肌芯片模型。这种体外系统代表了高效的药物筛选平台。在此芯片上初步探讨了HIF-1α通路可能参与胸主动脉疾病，并利用该芯片确定了二甲氧基氢偶素作为治疗胸主动脉疾病的潜在药物。

该研究的第一作者为复旦大学附属中山医院心外科朱师超博士，通讯作者为复旦大学附属中山医院心外科王春生教授、朱铠副主任医师及王丽副研究员。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0956566322007874

制版人：十一

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