Hemadyne：受手风琴启发的微生理系统灌注技术

《Nature Communications》：Hemadyne: accordion-inspired perfusion for microphysiological systems

　　

摘要

限制微生理系统生理相关性、可重复性和易用性的一个关键因素是现有灌注系统的设计及性能存在局限性。受手风琴这种乐器的物理原理启发，我们研发出了Hemadyne——一种体积小巧的独立式机械泵，无需任何额外设备即可运行。该泵配备了定制的控制算法，能够以400毫秒的时间分辨率再现临床波形。实验表明，Hemadyne能够以近乎完美的时空保真度复制患者血液流动的多普勒超声波形。此外，Hemadyne的性能超越了传统技术，能够提供稳定且持续的血流，包括单向和反向流动，单个周期内包含多种幅度和相位，并具备高信噪比和快速响应时间。进一步的研究显示，Hemadyne能够在血管芯片中维持原代人内皮细胞的长期培养（最长可达60天）。我们还利用该系统研究了血液流动的舒张期对内皮细胞稳态的影响，发现动脉内皮细胞与静脉内皮细胞对此的响应存在差异。最后，我们证实Hemadyne能够再现与年龄相关的短暂舒张期逆向流动对动脉内皮细胞的病理效应，而动物模型无法实现这一现象。综上所述，我们的研究结果表明Hemadyne是一项关键技术，能够显著提升微生理系统的运行寿命和生理相关性。