莱斯大学的生物工程师使用滤纸模型来暗示心脏瓣膜是如何钙化的。论文是莱斯大学生物工程师开发的一种研究心脏病的实验装置的核心。

        他们使用的是基于纸张的结构，模拟了主动脉瓣的分层结构。主动脉瓣是一种坚韧而灵活的组织，可以让血液只向一个方向流过心脏。这些设备允许工程师们详细研究钙化疾病如何减缓或阻止心脏功能。

         The Brown School of Engineering team, The work by The Brown School of Engineering team, detailed in Acta Biomaterialia . The work by The Brown School of Engineering team, The Acta Biomaterialia . . .>布朗工程学院的研究小组在《生物材料学报》(Acta Biomaterialia)上详细介绍了他们的工作。

        莱斯大学的生物工程师简·格兰德-艾伦和莱斯大学的研究生玛德琳·门罗共同主持了这项研究。“纤维化可发生在多种组织中，并伴有钙化性主动脉瓣疾病(CAVD)。这并不一定意味着胶原蛋白总是会导致CAVD，但它确实驱动了我们培养的细胞中与钙化相关的表型。”

        胶原蛋白通常停留在主动脉瓣的纤维层，是构成主动脉瓣的三个小叶中的三个中的一个。(其他层是海绵体和脑室。)研究人员准备了纸层来支持嵌入胶原蛋白或透明质酸中的心脏瓣膜细胞，并发现当胶原蛋白1蛋白出现在多层膜中时，这些细胞的行为最终会导致矿化损伤。

        Grande-Allen说，健康主动脉瓣的细胞外基质层清晰可见。她说:“在更病理的状态下，胶原蛋白不会定位。”“这是分散。我们的模型表明，非定位胶原蛋白可能导致这些钙化因子的细胞过度表达。”

        水稻研究人员想知道这是如何发生的。他们需要一种方法来观察瓣膜细胞对胶原蛋白在三维组织中扩散的反应，而普通的滤纸被证明是一个合适的替代品。他们制造的东西看起来不像心脏瓣膜，但却能有效地表现出细胞是如何通过瓣膜层增殖的。

        格兰德-艾伦(Grande-Allen)说，心脏瓣膜疾病还不能用药物治疗。目前的治疗方法通常包括用人类或动物供体组织或机械瓣膜替换瓣膜。但是，能够精确地模拟和操纵一个瓣膜的所有层的能力可以帮助理解心脏病中的化学反应。她说，这可能最终会导致非侵入性药物。

        “第一步是开发模拟瓣膜细胞行为的模型，”Grande-Allen说。“下一步将是看到它们真正钙化。一旦掌握了这种技术，我们就可以开始测试能够阻止钙化过程的化学物质。”

        门罗与莱斯大学本科毕业生丽贝卡·尼科诺维奇(Rebecca Nikonowicz)以及校友马修·赛普(Matthew Sapp)的早期帮助，从哈佛大学用于研究肺癌细胞缺氧的细胞培养皿中获得了灵感。

        水稻实验室从3d打印带有孔阵列的聚合物支架开始。这些滤纸被放置在一层层浸透蜡模的纸上，以消除滤纸开口圆之间的串音。然后，这些圆圈被各种纤维胶原蛋白、透明质酸(通常在海绵体层中发现)和数以百万计的活心脏细胞的组合所饱和，这些薄片被压在支架内。

        门罗说:“这个模型系统使我们能够完全控制许多不同的变量。“我们能够创建不同的堆栈，使用不同的组合，基于我们在每个层中放入的组件。我们有一堆所有的层都是透明质酸，或者所有的胶原蛋白，或者两层都是异质的。

        她说:“这让我们看到，当胶原层的数量增加时，细胞的行为是否会发生变化。”

        门罗通过分析细胞表达的蛋白标记物，特别是alpha平滑肌肌动蛋白(aSMA)、runt相关转录因子-2 (RunX2)和SRY-box 9 (Sox9)，来评估细胞随时间的行为，这些都是CAVD的指标。使用高通量染色和扫描方法，她可以快速地从几十个结构中收集数据。

        这些数据让他们看到，主动脉瓣间质细胞(主动脉瓣细胞的主要类型，通常是稳定的)在含有更多胶原蛋白的层的存在下，更容易发生成骨硬化。

        “纸模型的巧妙之处在于，它让我们拥有了这种多功能性和灵活性，”Grande-Allen说。“我不知道还有什么方法能让我们如此容易地把不同的图层组合在一起，把它们培养在一起，然后把它们拆开，然后快速地分析它们。”

        来源：Medindia

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