一个微流体装置上缺血模型科学家条件:在芯片上心脏发作的芯片允许的氧和其它条件的精确控制,以观察心肌细胞的行为

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研究人员发明含有心肌细胞,其能够模仿以下一个心脏发作低氧条件的微流体芯片 – 特别是当动脉被阻塞在心脏,然后处理后的畅通。该芯片可用于监测到心脏发作条件实时细胞电生理和分子反应。

的研究人员为首Tufts大学生物医学工程师发明含有心肌细胞,其能够模仿以下一个心脏发作低氧条件的微流体芯片 - 特别是当动脉被阻塞在心脏,然后处理后的畅通。该芯片包含置于外电子传感器的多路复用阵列和能够检测的上升和下降跨越个体细胞膜,以及电压波穿过细胞层移动,从而使细胞搏动一致地在芯片电压的细胞内,就像他们的心脏做。在装置内降低该流体的氧气水平之后,将传感器检测心动过速(加速心跳速率)的初始阶段,随后在脉博速率的降低,并最终arrhythmia指模拟心脏骤停。

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研究发表在纳米快报,正向着在细胞水平上对缺血性心脏发作理解电生理反应的一个显著的进步,并可以应用到未来的药物研发。该文件是由美国化学学会选定为编辑选择,并且可与开放式接入

心血管疾病(CVD)仍然是世界范围内死亡的主要原因,与心肌缺血最痛苦的患者 - 这当动脉血液供应到心脏是部分或完全阻塞,就会发生。如果发生在延长的一段时间的缺血,心脏组织被饥饿氧的(条件所谓的“缺氧”),并可能导致组织死亡,或心肌梗死。缺氧诱导心肌细胞和组织中的变化包括在电压电势穿过细胞膜激活的离子通道失活的变化,神经递质的释放,在基因表达的变化,改变的代谢功能,和或。

所述的生物传感器技术在微流体芯片中使用结合了多电极阵列,可以提供的电压图案外的读数,与进入膜采取每个小区内的电压电平(动作电位)的读出纳米柱探针。在芯片微小通道允许研究人员不断地和精确地调整流体流过的细胞,降低氧的水平,以约1-4%至模拟低氧ö[R提高氧气21%,模拟正常情况。在不断变化的条件是为了模型会发生什么细胞在心脏,当动脉阻塞,然后通过处理重开。

“心通的单芯片模式是一个强大的工具,模型疾病,但是目前的工具在这些系统研究电的有所欠缺,因为他们要么难以复用或最终导致对细胞的损伤,”布赖恩Timko,在工程塔夫茨大学医学院生物医学工程助理教授,以及相应的作者说:研究。 “信令分子之间途径并最终电缺氧时快速地发生,而我们的设备可以在用于大合奏细胞的实时同时捕捉了大量的信息。”

当测试时,细胞外电极阵列提供越过心脏细胞的层电压波的二维映射图,并显示在正常(21%)的氧气水平可预测的波形图案。与此相反,研究人员观察到ER
一个微流体装置上缺血模型科学家条件:在芯片上心脏发作的芯片允许的氧和其它条件的精确控制,以观察心肌细胞的行为
ratic和较慢的波形图案在氧减少到1%。

细胞内纳米探针的传感器中的每个提供的动作电位的非常精确的图片细胞。这些传感器被布置为细小铂的阵列放倒在其上休息的细胞,如钉床针。当与电场刺激,针穿刺通过细胞膜,在那里他们可以在开始单细胞分辨率进行测量。这两种类型的设备使用PHO创建tolithography - 用于创建集成电路的技术 - 这使研究人员有高度重复性的属性来实现器件阵列

细胞外和细胞内的传感器一起提供的模拟性脑缺血发作的eletrophysiological影响的信息,包括“时间流逝”的细胞,因为它们变得不正常,然后对治疗的反应。因此,微流控芯片可以形成在药物发现高通量平台的基础上,确定治疗有助于细胞和组织更迅速地恢复正常功能。

“在未来,我们能够超越的效果缺氧和考虑向急性心脏疾病,如酸中毒,营养缺乏和废物堆积,只需通过MO等因素的影响difying组合物和介质的流动,” Timko说,‘我们还可以结合不同类型的传感器,以检测响应于应力表达的特异性分子。’

这项工作是由准许从一束领域展开合作支持,则防御(W81XWH-16-1-0304)系,美国心脏协会(格兰特在急救16GRNT27760100)和塔夫茨夏季学者计划。在塔夫茨微加工和纳米加工设施进行研究。

[123该研究的第一作者是刘海涛,在工程的塔夫茨大学学院访问学者,共同作者包括胡宁,也访问学者;罗蒂米Bolonduro和Breanna达菲,既博士生,本科生Akshita Rao和戒惧;朝晖黄材料科学与技术在学校的中国地质大学; 。和劳伦黑色,在一束生物医学工程副教授

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