塔夫茨大学的迈克·西尔弗 包含HL-1心脏细胞的微流体装置能够模拟心脏病发作期间观察到的状况，包括氧气水平的降低
学分:塔夫茨大学 塔夫茨大学生物医学工程师领导的研究人员发明了一种含有心脏细胞的微流控芯片，能够模拟心脏病发作后的缺氧情况——特别是当心脏中的动脉堵塞，然后在治疗后疏通时
该芯片包含位于细胞内外的多重电子传感器阵列，可以检测单个细胞膜上电压的上升和下降，以及穿过细胞层的电压波，这导致细胞在芯片中一致跳动，就像它们在心脏中一样
在降低装置内液体中的氧气水平后，传感器检测到心动过速的初始阶段(心跳加速)，随后心跳速率降低，最终出现模拟心脏骤停的心律失常
这项发表在《纳米快报》上的研究是在理解细胞水平上对缺血性心脏病发作的电生理反应方面的一个重大进步，并可应用于未来的药物开发
该论文被美国化学学会选为编辑的选择，并且可以公开获取
心血管疾病仍然是世界范围内死亡的主要原因，大多数患者患有心脏缺血——当向心脏供血的动脉部分或完全阻塞时就会发生这种情况
如果缺血持续一段时间，心脏组织缺氧(一种称为“缺氧”的情况)，可能导致组织死亡或心肌梗死
缺氧引起的心脏细胞和组织的变化包括细胞膜上电压的变化、神经递质的释放、基因表达的改变、代谢功能的改变以及离子通道的激活或失活
微流控芯片中使用的生物传感器技术将能够提供细胞外电压模式读数的多电极阵列与进入膜中读取每个细胞内电压水平(动作电位)的纳米柱探针相结合
芯片中的微小通道允许研究人员连续精确地调节流经细胞的液体，将氧气水平降低到大约1-4%以模拟缺氧，或将氧气水平提高到21%以模拟正常条件
变化的条件意味着模拟当动脉阻塞时心脏细胞发生的情况，然后通过治疗重新开放
在芯片中生长并暴露于低水平氧气(缺氧)的HL-1心肌细胞表现出缓慢且不规则的心跳速率，这类似于在心脏停搏中观察到的心律失常
学分:布莱恩·蒂姆科，塔夫茨大学 塔夫茨大学工程学院生物医学工程助理教授、该研究的相应作者布莱恩·蒂姆科说:“芯片心脏模型是模拟疾病的有力工具，但目前研究这些系统中电生理学的工具有些缺乏，因为它们要么难以复用，要么最终对细胞造成损害。”
“分子间的信号通路和最终的电生理学在缺氧时会迅速发生，我们的设备可以为大量细胞同时实时捕获大量信息
" 当测试时，细胞外电极阵列提供了穿过心脏细胞层的电压波的二维图，并揭示了正常(21%)氧水平下的可预测波形
相比之下，当氧气减少到1%时，研究人员观察到不稳定和较慢的波形
细胞内纳米探针传感器为每个细胞内的动作电位提供了非常精确的图像
这些传感器排列成一排微小的铂针，细胞就像一张钉床一样躺在上面
当受到电场刺激时，针会刺穿细胞膜，在那里开始以单细胞分辨率进行测量
这两种类型的器件都是利用光刻技术制造的——这种技术用于制造集成电路——这使得研究人员能够获得具有高度可再现性的器件阵列
在芯片中生长的HL-1心肌细胞在正常氧气条件下以规则的速率一致跳动 细胞外和细胞内传感器共同提供模拟缺血性发作的电生理效应的信息，包括细胞功能失调并对治疗产生反应的“时间流逝”
因此，微流控芯片可以形成药物发现高通量平台的基础，确定有助于细胞和组织更快恢复正常功能的治疗方法
蒂姆科说:“在未来，我们可以超越缺氧的影响，考虑导致急性心脏病的其他因素，如酸中毒、营养缺乏和废物积累，只需改变培养基的组成和流量。”
“我们还可以结合不同类型的传感器来检测特定分子对压力的反应
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