微流体装置捕捉血管分裂过程

几个月来，萨布丽娜·斯台普尔斯（Sabrina Staples）一直盯着一块邮票大小的硅胶芯片，试图诱导细胞做出一些非凡的成果。但每次她将细胞放入精密的微流体装置中时，总会有一个“流氓”气泡潜入，摧毁细胞和实验。

“我经常在入睡前，想象自己身处水道，四处寻找气泡的来源，”她说，“我知道，如果我能弄清楚这一点，我们就能最终让模型发挥作用，发现一些以前从未有人发现过的东西。”

她的决心得到了回报。随着气泡的消失，一个长期被忽视的生物过程开始显现。

斯台普斯是医学生物物理学的博士生，目前是《美国国家科学院院刊》上发表的一项研究的第一作者，该研究为我们理解血管如何一分为二地生长开辟了新的天地。

这种被称为套叠性血管生成（IA）的过程鲜为人知，它与我们许多人在生物课上学到的经典“发芽式”血管生成相辅相成。IA 并非像树枝那样长出新血管，而是将现有血管分裂开来。它速度更快、效率更高，而且令人惊讶的是，目前对其的研究还远远不够。

斯台普斯说：“作为科学界，我们一直致力于研究细菌的发芽。但我们强调，IA 比有限的研究表明的更为常见，它常见于伤口、癌性肿瘤，甚至在死于 COVID-19 的患者肺部也大量存在。”

部分原因是，在生物体中研究和观察IA颇具挑战性。因此，Staples和她在Geoffrey Pickering博士实验室的同事们设计了一种“芯片血管”，这是一种透明的微通道，内衬人类内皮细胞，并灌注细胞培养基，以模拟真实的血管。其诀窍在于将通道构建得与玻璃盖玻片齐平——足够近，以便用高分辨率显微镜捕捉到细胞的细微运动。

他们所看到的景象让他们大吃一惊：细胞排列整齐，与邻近细胞截然不同，然后迅速在血管腔内形成桥状结构——这是分裂的前奏。这种桥状结构行为曾在单个时间点被捕捉到，但从未被完整地记录下来。

这些发现为血管重组机制提供了新的见解，并表明IA可能成为促进或抑制血管生长疗法的有力靶点。Staples希望她的发现能够促进对IA调控的进一步研究，并帮助科学家重新构建复杂的人体体外模型——这些模型使研究人员能够研究体外的生物过程。

她说：“现在我们可以在芯片上模拟这个过程，我们可以更可靠地提出下一组问题，并且具有更好的控制力。”

刚刚完成博士论文答辩的斯塔普尔斯正在寻求进入制药和生物技术行业的职业发展，希望推动针对血管疾病和中风的药物研发。

“我骨子里是个血管生物学家，”她说，“血管几乎是所有组织的重要组成部分——皮肤、骨骼肌、大脑——所以当它们不工作时，其他一切都会停止运作。

更多信息： Sabrina CR Staples 等，《套叠性血管生成芯片：内皮分层介导的腔内血管桥接的证据》，《美国国家科学院院刊》（2025）。DOI ：10.1073/pnas.2423700122

期刊信息： 美国国家科学院院刊