血管芯片技术

血管的复杂程度远超实验室模型中传统复刻的直通道结构，而这种简化设计限制了科学家对血管疾病的研究深度。德州农工大学的研究人员现已研发出一种可定制化血管芯片，能更精准模拟人类真实血管中存在的分支、狭窄与扩张结构。

研究人员研发出一种新型实验平台，可复刻多种不同类型的血管结构。

血管并非简单的直管道，其形态更近似错综复杂的城市道路网，遍布转弯、分叉与突发狭窄段，这些结构都会改变血液的流动方式。长期以来，许多实验室构建的血管模型都忽略了这种复杂性，仅采用简易的直通道设计，尽管人体真实血管的运作方式绝非如此简单。

德州农工大学生物医学工程系的研究人员正试图通过可定制化血管芯片技术填补这一空白，核心目标是复刻与疾病发生密切相关的各类血管形态，让血流相关实验和潜在疗法的研究更贴近人体实际情况，从而为药物研发提供更可靠的依据。

血管芯片是一种人工设计的微流控器件，可在微观尺度模拟人类血管系统。科学家无需再依靠动物实验或过度简化的实验室装置研究血流，而是能借助这类芯片，在可控环境中观察流体力学作用力在类血管结构中的传导规律。得益于可定制的设计特点，该平台还能支持以患者为中心的个性化研究——当人体解剖结构的细微差异可能影响疾病发展或治疗效果时，这一特性尤为重要。

生物医学工程硕士研究生詹妮弗·李加入了阿布舍克·贾因博士的实验室，设计出一款升级版血管芯片，能够精准还原人体血管结构的真实变异特征。这一设计具有重要意义，因为血管的几何形态会改变作用于血管壁的物理作用力，而剪切应力等作用力会影响血管内皮细胞的反应，还会成为血管损伤发生、疾病进展的重要诱因。

詹妮弗·李表示：“人体中存在分支血管、突发扩张的动脉瘤，还有会导致血管管腔变窄的动脉粥样硬化狭窄段。这些不同类型的血管结构会使血流模式发生显著改变，而血管内壁会受到这些血流模式产生的剪切应力影响，这正是我们想要模拟的核心内容。”

 基于前期研究的创新突破

詹妮弗·李的这项研究成果发表于《芯片实验室》期刊，其研究基础源自她的导师坦梅伊·马瑟博士的早期工作——马瑟博士曾是该校生物医学工程专业的研究生，率先研发出直通道血管芯片。李与马瑟的研究均在贾因博士带领的仿生转化微系统实验室开展，贾因博士现任德州农工大学生物医学工程系副教授，同时担任芭芭拉与拉尔夫·考克斯1953届教席研究员。该研究成果还将登上2025年5月《芯片实验室》期刊的封面。

贾因博士说：“如今，我们终于能以全新的方式研究血管疾病。我们不仅能构建复杂的血管结构，还能在其中植入真实的细胞和组织材料，打造活体血管模型。这些复杂结构正是血管疾病的高发部位，因此对其展开研究至关重要。”

詹妮弗·李本科阶段以荣誉生身份加入贾因博士的实验室，希望积累科研经验。她坦言，最初自己对器官芯片平台了解甚少，但很快便被其塑造未来医学的潜力吸引。升入研究生阶段后，李对血管芯片产生了浓厚兴趣，随即加入理学硕士快速培养项目，继续深耕这一全新的研究领域。

贾因博士评价道：“詹妮弗展现出了坚韧的毅力、强烈的好奇心和出色的创造力，很快便独立承担起科研项目。我们的快速培养项目让像詹妮弗这样的学生能够投身高影响力、高探索性的研究工作，他们所做的并非简单的科学课题，而是能一路推进至取得研究成果并成功发表的系统性研究。”

拓展活体血管模型的研究边界

尽管这款升级版血管芯片大幅提升了生理模拟的真实性，但贾因博士和詹妮弗·李希望通过纳入多种细胞类型进一步拓展研究范围。目前，李的研究仅使用了血管内皮细胞（构成血管内壁的细胞），未来她们计划加入其他类型的细胞，探究细胞间的相互作用、细胞与血流的相互作用所产生的影响。

贾因博士表示：“我们正在不断推进研究，打造我们所说的**芯片器官四维模型**。在这一模型中，我们不仅关注细胞和血流本身，更聚焦于复杂结构下细胞与血流的动态相互作用，这也是该领域的一个全新研究方向。”

除了科研经验的积累，詹妮弗·李还在研究过程中练就了多项软技能，学会了将课堂所学的理论知识应用于实际研究。

她说：“在这个实验室里，不仅能和同龄同学交流，还能与研究生、博士后研究员切磋探讨，这样的科研环境非常宝贵。你能在实践中学会团队协作、沟通表达，培养职业操守，还能大胆尝试各类新方法。我认为这是学生能获得的最有价值的经历，我们学校的师资和科研实验室都十分优秀。”