Blodkärl är som motorvägar i storstäder; fulla av kurvor, förgreningar, sammanfogningspunkter och trafikstockningar. Ändå har laboratoriemodeller i åratal replikerat kärl som raka, enkla vägar.
För att bättre fånga den komplexa arkitekturen hos verkliga mänskliga blodkärl har forskare vid avdelningen för biomedicinsk teknik vid Texas A&M University utvecklat en anpassningsbar kärlchipmetod som möjliggör mer exakt forskning om kärlsjukdomar och en plattform för läkemedelsupptäckt.
Kärlchip är konstruerade mikrofluida enheter som efterliknar människans kärlsystem i mikroskopisk skala. Dessa chip kan anpassas efter enskilda patienter och erbjuder en djurfri metod för läkemedelsprövning och studier av blodflödet. Jennifer Lee, masterstudent i biomedicinsk teknik, anslöt sig till Dr Abhishek Jains laboratorium och designade ett avancerat kärlchip som kan replikera verkliga variationer i kärlstrukturen.
”Det finns förgrenade kärl, eller aneurysmer som plötsligt expanderar, och sedan stenos som begränsar kärlet. Alla dessa olika typer av kärl gör att blodflödesmönstret förändras avsevärt, och insidan av blodkärlet påverkas av den skjuvspänning som orsakas av dessa flödesmönster”, säger Lee. ”Det var det vi ville modellera.”
De varierande blodkärlsformerna som Dr Abhishek Jain och Jennifer Lee har replikerat på kärlchipet. Källa: Dr Abhishek Jain
Lees forskning publicerades i Lab on a Chip och kom bara några år efter att hennes mentor och tidigare doktorand i biomedicinsk teknik, Dr Tanmay Mathur, hade konstruerat det raka kärlchipet. Lee och Mathur bedrev sin forskning i Bioinspired Translational Microsystems Laboratory under ledning av Jain, docent och Barbara och Ralph Cox ’53-fakultetsmedlem vid institutionen för biomedicinsk teknik. Forskningen kommer också att presenteras på omslaget till tidskriftens majnummer 2025.
”Nu kan vi börja lära oss om kärlsjukdomar på ett sätt som vi aldrig har kunnat tidigare”, säger Jain. ”Man kan inte bara göra dessa strukturer komplexa, man kan också placera verkligt cell- och vävnadsmaterial inuti dem och göra dem levande. Det är på dessa ställen som kärlsjukdomar tenderar att utvecklas, så det är mycket viktigt att förstå dem.”
Lee kom till Jains laboratorium som en student med högsta betyg som sökte forskningserfarenhet. Lee säger att hon inte visste mycket om organ-på-chip-plattformen, men blev intresserad av dess potential att forma framtidens medicin. När hon gick över till forskarstudier utvecklade Lee ett intresse för kärl-chip och gick med i det snabba masterprogrammet för att fortsätta sin nyfunna passion för forskning.
”Jennifer visade uthållighet, nyfikenhet och kreativitet och började mycket snabbt ta sig an forskningsprojekt. Vårt snabbspårprogram gör det möjligt för studenter som Jennifer att ta sig an högpåverkande, riskfylld forskning och inte bara göra ett vetenskapsprojekt, utan att fullfölja det till sitt slutresultat och få det publicerat”, säger Jain.
Kärlchipet. Källa: Texas A&M Engineering
Även om denna version av kärlchipet förbättrar den fysiologiska relevansen hoppas Jain och Lee kunna utvidga sin forskning genom att inkludera olika celltyper. Lees forskning använder för närvarande endast endotelceller – celler som bildar blodkärlens innervägg – men de hoppas kunna inkludera andra celler för att se effekterna av deras interaktioner med varandra och blodflödet.
”Vi gör framsteg och skapar vad vi kallar den fjärde dimensionen av organ på chip, där vi inte bara fokuserar på cellerna och flödet, utan också på interaktionen mellan celler och flöde i mer komplexa arkitektoniska tillstånd, vilket är en ny riktning inom området”, säger Jain.
Förutom forskningserfarenhet har Lee förvärvat en mängd mjuka färdigheter och förmågan att tillämpa begrepp som hon lärt sig i klassrummet i praktiken.
”Det är en så bra miljö för att interagera med inte bara kollegor utan också doktorander och postdoktorander”, säger hon. ”Man lär sig teamwork och kommunikation, arbetsmoral och att prova olika saker. Jag tycker att det är en så värdefull erfarenhet som studenterna får. Vi har så bra forskningslaboratorier.”
Mer information: Jennifer D. Lee et al, Vascular architecture-on-chip: engineering complex blood vessels for reproducing physiological and heterogeneous hemodynamics and endothelial function, Lab on a Chip (2025). DOI: 10.1039/D4LC00968A
