幾個(gè)月來(lái)，薩布麗娜·斯臺(tái)普爾斯（Sabrina Staples）一直盯著一塊郵票大小的硅膠芯片，試圖誘導(dǎo)細(xì)胞做出一些非凡的成果。但每次她將細(xì)胞放入精密的微流體裝置中時(shí)，總會(huì)有一個(gè)“流氓”氣泡潛入，摧毀細(xì)胞和實(shí)驗(yàn)。

“我經(jīng)常在入睡前，想象自己身處水道，四處尋找氣泡的來(lái)源，”她說(shuō)，“我知道，如果我能弄清楚這一點(diǎn)，我們就能最終讓模型發(fā)揮作用，發(fā)現(xiàn)一些以前從未有人發(fā)現(xiàn)過(guò)的東西。”

她的決心得到了回報(bào)。隨著氣泡的消失，一個(gè)長(zhǎng)期被忽視的生物過(guò)程開(kāi)始顯現(xiàn)。

斯臺(tái)普斯是醫(yī)學(xué)生物物理學(xué)的博士生，目前是《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上發(fā)表的一項(xiàng)研究的第一作者，該研究為我們理解血管如何一分為二地生長(zhǎng)開(kāi)辟了新的天地。

這種被稱為套疊性血管生成（IA）的過(guò)程鮮為人知，它與我們?cè)S多人在生物課上學(xué)到的經(jīng)典“發(fā)芽式”血管生成相輔相成。IA 并非像樹(shù)枝那樣長(zhǎng)出新血管，而是將現(xiàn)有血管分裂開(kāi)來(lái)。它速度更快、效率更高，而且令人驚訝的是，目前對(duì)其的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

斯臺(tái)普斯說(shuō)：“作為科學(xué)界，我們一直致力于研究細(xì)菌的發(fā)芽。但我們強(qiáng)調(diào)，IA 比有限的研究表明的更為常見(jiàn)，它常見(jiàn)于傷口、癌性腫瘤，甚至在死于 COVID-19 的患者肺部也大量存在。”

部分原因是，在生物體中研究和觀察IA頗具挑戰(zhàn)性。因此，Staples和她在Geoffrey Pickering博士實(shí)驗(yàn)室的同事們?cè)O(shè)計(jì)了一種“芯片血管”，這是一種透明的微通道，內(nèi)襯人類內(nèi)皮細(xì)胞，并灌注細(xì)胞培養(yǎng)基，以模擬真實(shí)的血管。其訣竅在于將通道構(gòu)建得與玻璃蓋玻片齊平——足夠近，以便用高分辨率顯微鏡捕捉到細(xì)胞的細(xì)微運(yùn)動(dòng)。

他們所看到的景象讓他們大吃一驚：細(xì)胞排列整齊，與鄰近細(xì)胞截然不同，然后迅速在血管腔內(nèi)形成橋狀結(jié)構(gòu)——這是分裂的前奏。這種橋狀結(jié)構(gòu)行為曾在單個(gè)時(shí)間點(diǎn)被捕捉到，但從未被完整地記錄下來(lái)。

這些發(fā)現(xiàn)為血管重組機(jī)制提供了新的見(jiàn)解，并表明IA可能成為促進(jìn)或抑制血管生長(zhǎng)療法的有力靶點(diǎn)。Staples希望她的發(fā)現(xiàn)能夠促進(jìn)對(duì)IA調(diào)控的進(jìn)一步研究，并幫助科學(xué)家重新構(gòu)建復(fù)雜的人體體外模型——這些模型使研究人員能夠研究體外的生物過(guò)程。

她說(shuō)：“現(xiàn)在我們可以在芯片上模擬這個(gè)過(guò)程，我們可以更可靠地提出下一組問(wèn)題，并且具有更好的控制力。”

剛剛完成博士論文答辯的斯塔普爾斯正在尋求進(jìn)入制藥和生物技術(shù)行業(yè)的職業(yè)發(fā)展，希望推動(dòng)針對(duì)血管疾病和中風(fēng)的藥物研發(fā)。

“我骨子里是個(gè)血管生物學(xué)家，”她說(shuō)，“血管幾乎是所有組織的重要組成部分——皮膚、骨骼肌、大腦——所以當(dāng)它們不工作時(shí)，其他一切都會(huì)停止運(yùn)作。

更多信息： Sabrina CR Staples 等，《套疊性血管生成芯片：內(nèi)皮分層介導(dǎo)的腔內(nèi)血管橋接的證據(jù)》，《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（2025）。DOI ：10.1073/pnas.2423700122

期刊信息： 美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊