基于长期细胞培养的体外微流控系统研究人工心脏不同脉动工作模式的血流动力学效应

目的临床上基于恒定转速的连续流人工心脏会产生脉动性降低的非生理性血流动力学效应,从而导致内皮功能失调以及外周血管和其他器官的不良事件。而人工心脏的脉动工作模式可以改善上述情况。然而人工心脏不同脉动工作模式差异化调控动脉内皮功能的规律及其机制尚不明确,导致其工作模式的优化选择缺乏依据。本研究旨在利用可实现长期细胞培养的体外微流控系统研究人工心脏脉动工作模式的血流动力学效应。方法本研究设计了一种由微流控芯片和多后负荷元件组成的体外内皮细胞培养系统,该系统可进行长期细胞培养,并能够准确再现动脉内皮微环境中的血压、剪应力、周向应变及三者之间的耦合关系。通过4种不同脉动工作模式对内皮细胞中一氧化氮和活性氧表达的影响来评估所设计系统的性能。结果实验结果表明,2~3倍心动周期的人工心脏脉动工作模式可显著增加一氧化氮的产生并防止活性氧的过度生成,从而有可能最大限度地减少人工心脏辅助时内皮功能障碍和相关不良事件的发生,并且与动物实验结果一致。结论这项研究可为心衰患者选择最佳的人工心脏工作模式和潜在治疗方案提供科学依据;设计的经济高效的体外微流控系统可用于开发和测试不同类型的机械循环支持设备。