美国德克萨斯农工大学生物医学工程系的研究团队近日在微流控技术领域取得进展，开发出一种能够模拟人体血管复杂几何结构的可定制血管芯片系统。该成果已发表于《芯片实验室》(Lab on a Chip)期刊，并被选为2025年5月刊封面文章。

长期以来，血管疾病研究大多依赖简化模型，将血管视为笔直均匀的管道，难以真实反映分支、扩张、狭窄等实际病理形态。该系硕士研究生詹妮弗·李在阿比舍克·贾恩博士的指导下，设计出一种可重现多种血管形态的微流控装置。该装置能模拟动脉瘤、血管局部扩张及狭窄等结构，并在此基础上分析血流模式及其对内皮细胞产生的剪切应力。

李表示：“血管有分支，也有动脉瘤，它们会突然扩张，然后又会狭窄，限制血管通畅。所有这些不同类型的血管都会导致血流模式发生显著变化，而血管内壁会受到这些血流模式产生的剪切应力的影响。这就是我们想要模拟的。”

该研究建立在实验室前期工作基础之上。数年前，贾恩博士指导的前研究生坦梅·马图尔博士曾开发出直型血管芯片设计。此次研究在此基础上拓展了结构复杂性，使芯片能够更贴近真实血管的几何特征。

贾恩博士说：“我们现在可以以前所未有的方式了解血管疾病。不仅可以构建复杂的结构，还可以将真正的细胞和组织材料放入其中，使它们具有生命力。这些正是血管疾病容易发生的部位，因此了解它们至关重要。”

该血管芯片系统可根据患者个体情况定制，并提供了一种非动物实验方法，用于研究血流动力学及评估候选药物。研究团队表示，目前模型主要包含血管内皮细胞，未来计划引入更多细胞类型，以模拟不同组织间及组织与血流之间的相互作用。

贾恩博士补充道：“我们正在取得进展，并创造出我们称之为芯片器官的第四维度，我们不仅关注细胞和流动，还关注细胞和流动在更复杂的结构状态下的相互作用，这是该领域的一个新方向。”

该项目获得了多个机构的资助，包括美国陆军医学研究计划、美国国家航空航天局、生物医学高级研究与发展局、美国国立卫生研究院、美国食品药品监督管理局、国家科学基金会以及德克萨斯农工大学创新转化投资基金办公室。

李在本科期间加入贾恩实验室，并在快速通道项目中完成了从实验设计到论文发表的全过程。她表示，实验室环境帮助她积累了团队协作与解决问题的实践经验。她说：“这里不仅能与同龄人交流，还能与研究生和博士后研究人员互动，这样的环境非常好。你可以学习团队合作和沟通技巧、职业道德，还能尝试各种不同的事物。”

出版详情：作者：Jennifer D. Lee、Ankit Kumar、Tanmay Mathur、Abhishek Jain，标题：《芯片上的血管结构：构建复杂血管以重现生理和异质性血液动力学及内皮功能》，发表于：《芯片实验室》(2025)。期刊信息：《芯片实验室》