“芯片上的血管”借磁力实现精准可控生长
麻省理工学院团队构建“芯片上的血管”模型，借助磁力施加机械刺激，精准调控毛细血管的生长方向、长度和数量。研究揭示PIEZO1基因是关键机械敏感离子通道，为构建工程化组织血管网络提供新路径。
来源：科技日报
科技日报记者 张佳欣
想象一下，在一块比邮票还小的微型芯片上，研究人员用磁力轻轻一拉，就能让血管朝着预定方向生长——这听起来像科幻，但却是麻省理工学院团队的最新成果。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上，他们构建了一种“芯片上的血管”模型，借助磁力施加机械刺激，精准调控毛细血管的生长方向、长度和数量。这为在实验室里构建拥有完整血管网络的工程化组织，提供了一条全新的技术路径。
人体最细的毛细血管有多细？只有头发丝直径的1/34，血细胞只能排着单列通过。它们负责向组织输送氧气和营养物质，没有这套网络，再逼真的人工组织也只是个“空壳”，根本无法真正发挥功能。
这次构建的模型，核心是一条由人体血管内皮细胞生成的中央动脉，周围包裹着富含营养物质的胶原蛋白凝胶，凝胶里还嵌入了一枚微型磁体。外部磁体一驱动，微型磁体就会前后移动，让中央动脉反复受到轻柔的机械拉伸。
实验发现，这种反复的机械刺激，能有效促进中央动脉萌发新的毛细血管。改变拉伸方向，新生血管会跟着调整生长方向；改变拉伸幅度，则能控制新生血管的数量和长度。具体来说，当凝胶被拉伸约5%时，会萌发更多毛细血管；拉伸幅度增加到15%时，新生血管数量虽然减少，但长度明显增加。
过去构建人工血管，主要依靠生长因子等化学信号，或者利用3D打印等技术，但这些方法很难精确控制血管生长的位置和形态。相比之下，新方法用可精确调控的机械刺激，为构建规则、有序的微血管网络提供了另一种思路——更简洁，也更可控。
团队还进一步揭示了背后的生物学机制：用基因编辑技术抑制内皮细胞中的PIEZO1基因后，新生血管数量明显减少。PIEZO1编码一种对机械压力敏感的离子通道，实验表明，机械刺激正是通过激活这个通道来促进血管生成的。这相当于找到了一个“传感器”，把物理力转化为生物学信号。
目前，这项技术还处于原型验证阶段。下一步，团队计划用这一技术构建能为人工组织和器官供血的有序血管网络，同时研究精确调控血管生长对人工肌肉功能的影响。
总编辑圈点
这项研究碘伏了传统构建人工血管的思路。尽管尚处原型验证阶段，但它将物理力学与血管生物学深度融合，不仅解决了人工组织难以得到血管供养的瓶颈，还揭示了一个关键离子通道的“传感器”角色——这为未来再生医学开辟了一条简洁、高效且可量化的技术路径。可以预想，从体外构建血管化组织，到器官芯片药物筛选，再到探索肿瘤血管生成，这些领域都有望从中受益。
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