“芯片上的血管”借磁力实现精准可控生长
科技日报北京7月22日电（记者张佳欣）在一块比邮票还小的微型芯片上，研究人员利用磁力轻轻“拉一拉”血管，便能引导毛细血管朝着预定方向生长。据最新一期《美国国家科学院院刊》报道，美国麻省理工学院构建了一种“芯片上的血管”模型，并借助磁力施加机械刺激，实现了对毛细血管生长方向、长度和数量的精准调控，为实验室构建具有完整血管网络的工程化组织提供了新方法。
人体最细的毛细血管仅有一根发丝直径的1/34，血细胞只能排成单列通过。它们承担着向组织输送氧气和营养物质的重要任务。没有血管网络持续输送氧气和营养，再逼真的人工组织也难以真正发挥功能。
此次构建的“芯片上的血管”模型由一条利用人体血管内皮细胞生成的中央动脉组成，周围包裹着富含营养物质的胶原蛋白凝胶，凝胶内嵌入一枚微型磁体。团队利用外部磁体驱动凝胶中的微型磁体前后移动，使中央动脉反复受到轻柔的机械拉伸。
实验发现，这种反复的机械刺激能够促进中央动脉萌发新的毛细血管。改变拉伸方向，新生血管会随之调整生长方向，而改变拉伸幅度，则能够控制新生血管的数量和长度。当凝胶被拉伸约5%时，会萌发更多毛细血管；拉伸幅度增加到15%时，新生血管数量有所减少，但长度明显增加。
过去，构建人工血管主要依靠生长因子等化学信号，或利用3D打印等技术，但这些方法难以精确控制血管生长位置和形态。相比之下，新方法利用可精确调控的机械刺激，为构建规则、有序的微血管网络提供了新的技术路径。
团队还进一步揭示了其中的生物学机制。他们利用基因编辑技术抑制内皮细胞中的PIEZO1基因后重复实验，结果发现，新生血管数量明显减少。PIEZO1基因编码一种对机械压力敏感的离子通道，实验表明，机械刺激正是通过激活这一离子通道促进血管生成。
目前，这项技术仍处于原型验证阶段。下一步，团队将尝试利用这一技术构建能够为人工组织和器官供血的有序血管网络，同时研究精确调控血管生长对人工肌肉功能的影响。
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