三维芯片器官模拟心脏的生物力学特性

科学家们创造了一种三维 (3D) 芯片上的器官，可以模仿心脏惊人的生物力学特性，并可以帮助研究心脏病，筛选和开发药物。

来自美国范德比尔特大学 (Vanderbilt University) 的约翰·维克斯沃 (John Wikswo) 教授说: “我们创建了芯片上的I-Wire Heart-on-a-Chip，这样我们就可以通过询问细胞问题来理解为什么心脏细胞的行为方式，而不仅仅是看着它们。”

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Wikswo说: “我们相信，在研究心脏病，药物筛选和药物开发方面，以及在未来，通过识别从患者身上提取的可用于有效修补受损心脏的细胞，在个性化医学中，它可以证明是无价的。”初步实验表明，该设备忠实地再现了心脏细胞对两种影响人体心脏功能的药物的反应。

新设备的独特之处在于它控制着施加在心脏上的机械力，该设备代表了大约百万分之二的人的心脏。这使研究人员能够重现除电和生化环境外，不断伸展和收缩的活心脏的机械条件。

“心脏组织，连同肌肉，骨骼和血管组织，代表了一类特殊的机械活性生物材料，” Wikswo说。他说: “机械活动是这些组织的固有特性，因此如果不考虑这一因素，您将无法完全了解它们的功能以及它们如何失败。”

I-Wire装置由在两个垂直的线锚之间拉伸的0.014英寸粗的人心脏细胞的细线组成。可以通过将锚固件移入和移出来改变纤维上的张力，并且可以通过将柔性探针推向侧面来测量张力。纤维由电线和框架支撑在光学透明的井中，该井中充满了液体介质，例如围绕身体中的心脏细胞的液体介质。该设备安装在功能强大的光学显微镜的台上，该显微镜记录了光纤的物理变化。

显微镜还充当分光镜，可以提供有关纤维中发生的化学变化的信息。浮动微电极还可以测量细胞的电活动。据研究人员称，I-Wire系统可用于表征心脏细胞对电刺激和机械负荷的反应，并且可以低成本，小尺寸和低流体量实现，这使其适用于筛选药物和毒素。

与其他设计不同，I-Wire允许研究人员在受控的，随时间变化的张力下生长心肌细胞，类似于他们在活着的心脏中所经历的。纤维中的心脏细胞以交替的暗带和亮带排列，称为肌节，这是人体肌肉组织的特征。

这项研究发表在《生物医学学报》上。