Modello microfluidico per imitare l&apos;evento iniziale di neovascolarizzazione

Ping Zhao; Xing Zhang; Xiao Liu; Li Wang; Haoran Su; Liyi Wang; Dongrui Zhang; Xiaoyan Deng; Yubo Fan

doi:10.3791/62003

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Articolo metodologico

Modello microfluidico per imitare l'evento iniziale di neovascolarizzazione

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DOI:

10.3791/62003

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10 aprile 2021

Ping Zhao¹ , Xing Zhang¹ , Xiao Liu¹ , Li Wang⁴ , Haoran Su¹ , Liyi Wang¹ , Dongrui Zhang¹ , Xiaoyan Deng³ , Yubo Fan¹^,²

¹Beijing Advanced Innovation Centre for Biomedical Engineering, Key Laboratory for Biomechanics and Mechanobiology of Chinese Education Ministry, School of Biological Science and Medical Engineering, Beihang University, ²School of Engineering Medicine, Beihang University, ³Artificial Intelligence Key Laboratory of Sichuan Province, School of Automation and Information Engineering, Sichuan University of Science and Engineering, ⁴Beijing Research Center of Urban System Engineering

In questo articolo

Sommario

Qui forniamo un chip microfluidico e un sistema microfluidico di circolazione automaticamente controllato e altamente efficiente che ricapitola il microambiente iniziale della neovascolarizzazione, consentendo alle cellule endoteliali (EC) di essere stimolate da elevate sollecitazioni di taglio luminali, livello fisiologico di flusso transendoteliale e distribuzione simultanea di vari fattori di crescita endoteliali vascolari (VEGF).

Abstract

La neovascolarizzazione viene solitamente inizializzata da una vascolarizzazione normale esistente e il microambiente biomeccanico delle cellule endoteliali (EC) nella fase iniziale varia drammaticamente dal seguente processo di neovascolarizzazione. Sebbene ci siano molti modelli per simulare diversi stadi di neovascolarizzazione, manca ancora un modello 3D in vitro che capitola il processo iniziale di neovascolarizzazione sotto le corrispondenti stimolazioni dei normali microambientati vascolari. Qui, abbiamo ricostruito un modello 3D in vitro che imita l'evento iniziale di neovascolarizzazione (MIEN). Il modello MIEN contiene un chip di germinazione microfluidico e un sistema di controllo automatico e di circolazione altamente efficiente. Si è formato un microcanale funzionale e perfusabile rivestito di endotelio e il processo di germinazione è stato simulato nel chip di germinazione microfluidico. Il microambiente inizialmente fisiologico della neovascolarizzazione è stato riassunto con il sistema di controllo microfluidico, con il quale gli EC sarebbero stati esposti contemporaneamente ad elevate sollecitazioni di taglio luminare, flusso transendoteliale fisiologico e varie distribuzioni del fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF). Il modello MIEN può essere prontamente applicato allo studio del meccanismo di neovascolarizzazione e mantiene una potenziale promessa come piattaforma a basso costo per lo screening dei farmaci e le applicazioni tossicologiche.

Introduzione

La neovascolarizzazione avviene in molti processi normali e patologici^1,^2,^3,^4,che includono due processi principali negli adulti, angiogenesi e arteriogenesi⁵. Oltre ai più noti fattori di crescita, come il fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF)⁶, le stimolazioni meccaniche, in particolare lo stress da taglio indotto dal flusso sanguigno, è importante nella regolazione della neovascolarizzazione⁷. Come sappiamo, la magnitudine e le forme di sollecitazione di ta....