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“芯片上的血管”借磁力实现精准可控生长

  发布于2026-07-23 阅读(0)

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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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