芯片上的器官可以在很大程度上模擬體內某些內環境，用于藥物的測試和開發，減少動物實驗的應用。最近，來自東京大學的研究人員們開發了一種芯片上的血管，研究發表在最近的《EBioMedicine》上。

這款芯片血管旨在用于研究血管的新生，以及用于開發靶向血管新生的藥物，從而能夠抑制腫瘤附近的血管新生以達到抑制癌癥的目的。當然，也可以用于其他血管相關疾病的研究。

血管新生是一個從預先存在的血管上構建血管的特殊過程，因而可以作為一些抗癌藥物的靶點。在血管新生過程中，新的毛細血管會從原有的血管中生長出來并參與適當的血管發育。但是在癌癥等病理條件下，會發生非正常的血管新生，因而抑制腫瘤附近的血管新生可以緩解腫瘤的進程，也是一個有希望的治療策略。

由于血管新生起始于內皮細胞，即血管的最內層。血管內皮細胞生長因子A（VEGF-A）以及它的受體2（VEGFR-2）觸發了大部分激活和調節血管新生的機制，也可以用于藥物開發的靶點。然而，測試這種一直血管新生的藥物是一個非常大的挑戰，經常需要使用動物模型。

作為動物模型的有效替代選擇，血管芯片成為了科學家們的研究方向。“出芽式血管新生的生物化學已經得到了很好的解讀。現在所欠缺的是一個好的系統，用來研究靶向血管新生有效的藥物，”來自東京大學的Yukiko Matsunaga博士說。她和同事們共同開發了這款小型芯片裝置，用于血管生產相關的體外實驗。它很好地模擬了由血管新生成因子——VEGF-A所觸發的從原始血管中產生的血管新生。

本研究中芯片上VEGF誘導的血管新生的概念圖。圖片來源：EBioMedicine

在脊椎動物中，VEGF共包含了5個亞型，分別是VEGF-A、B、C、D以及胎盤生長因子（PIGF）。通常在組織缺氧或有生長需要時，會分泌VEGF。這些因子在血管和淋巴脈管系統的構建和維護中起到了至關重要的作用。這些因子通過激活特定的酪氨酸激酶VEGF受體（VEGF-R）來激活信號。VEGFR-2是人類血管內皮細胞中研究得最多的受體，它可以被VEGF-A所激活，而VEGF-A VEGFR-2通路在血管新生中起到了重要作用。這個通路中還包含了決定細胞尖端莖的初始命運的DDL4（ Delta-like protein 4）NOTCH1（Neurogeniclocus notch homolog protein 1）。VEGF-A會與血管內皮細胞上的VEGFR-2相結合，引發它二聚化。從而觸發VEGFR-2的細胞內激酶結構域的激活，其啟動信號級聯反應，導致響應細胞成為尖端細胞并在其表面表達DLL4。DLL4與其相鄰內皮細胞表面的受體NOTCH1相互作用。這激活了γ-分泌酶復合物，引起分子途徑的下游活化，導致對VEGF-A的敏感性降低并刺激內皮細胞增殖，因此，細胞將切換成莖細胞的命運。這使得原有血管上開始出現新生“萌芽”并向外生長。

利用芯片制備體外人微血管。圖片來源：EBioMedicine

為了在體外芯片中模擬這種過程和環境，研究人員將一根單一的血管埋入凝膠中置于一塊芯片上。通過細針向凝膠中添加血管內皮細胞。當向環境中添加VEGF-A后，通過顯微鏡，研究人員可以觀察到新的毛細血管從原有的血管中“發芽”。

隨著時間的推移，可以用顯微鏡觀察到血管的新生。圖片來源：EBioMedicine

這款芯片能夠很好的模擬由VEGF誘導的血管新生。

為了近一步驗證這款裝置的生物相關性，研究人員在制造微血管之前，通過RNA沉默對其進行了修飾，靶向的是關鍵的DLL4基因。10天后，沒有經過修飾的系統中，原始血管邊緣清晰且在有VEGF存在的條件下可以觀察到新生的血管發芽；而經過修飾的系統中，血管的邊緣不清晰，不能夠形成穩定的血管，且在VEGF存在的條件下，發生了類似遷移的行為，有一些類似新生“萌芽”可以被觀察到。

敲除DLL4將影響血管的新生和穩定性。圖片來源：EBioMedicine

為了驗證這款芯片模型是否能夠如同體內環境一樣，研究人員向芯片中添加了抗腫瘤藥物sorafenib或sunitinib，它們都是血管新生的抑制劑。在這個概念性驗證試驗中，研究人員觀察到了兩種藥物對血管新生的有效抑制。

向芯片中添加抗腫瘤藥物sorafenib或sunitinib，觀察到了血管新生的抑制現象。圖片來源：EBioMedicine

研究小組成員希望該裝置能夠為科學家們提供一種簡單的方法來測試新的血管生成抑制藥物，而不需要進行動物實驗。我們期待更多的芯片器官使得新藥測試能夠以更快速、更簡便、更低成本的方式得以進行。

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