一种用于心血管基础和药物筛查的应用模型及构建方法

本发明属于医学基础研究领域和生物检测药物，具体涉及一种用于心血管基础和药物筛查的应用模型及构建方法。

背景技术：

1、高血压是世界性的慢性非传染性疾病。高血压病的发病机制研究虽然已经取得了很多进展，但仍然存在一些缺陷和不足之处，例如：多因素、多机制共同作用，难以全面揭示其发病机制，缺乏有效的治疗靶点，最主要的是临床与基础研究脱节。目前高血压病机制研究所应用的动物模型和细胞生物学模型，与临床实际差异显著。

2、在高血压病的机制研究中常用的研究方法有以下几种：细胞实验、动物实验、分子生物学技术、影像学技术等等。分子生物学技术虽然可以高效地研究高血压病相关基因和蛋白质的表达和功能，但其结果需要进一步在细胞和动物实验中验证。细胞实验和动物实验的结果与人类高血压病的情况存在差异主要原因是细胞模型和干预手段的不完善。目前细胞模型多采用二维细胞模型，干预的方法多为化学试剂、小分子药物、各种基因载体等等。二维细胞模型的缺点可能包括以下几个方面：1、缺乏三维结构：2d模型无法模拟真实组织中的三维结构和细胞间的空间关系，这可能导致对细胞行为和功能的理解存在局限。2、细胞相互作用缺失：在2d培养中，细胞缺乏与相邻细胞及基质的相互作用，这些相互作用在维持细胞位置、功能和信号通路方面至关重要。3、表型丢失：纯化的原代细胞群在2d培养中可能会失去其原有的表型，这影响了研究结果的生理相关性。4、功能和信号通路的差异：由于缺乏细胞间的相互作用，2d模型中的细胞功能和信号通路可能与体内情况有所不同，这可能导致研究结果的不准确。5、药物筛选的局限性：2d模型在临床前药物筛选中的应用受限，因为它们常常无法构建有效的肿瘤生物学模型，导致对药物反应的预测性不足。6、缺乏生理功能：与3d模型相比，2d模型通常缺乏与原生器官相似的结构组织和生理功能，这影响了其在研究发育过程、组织稳态等方面的应用。7、基因组稳定性问题：在某些情况下，长期培养的2d细胞模型可能会出现基因组不稳定的现象，这可能影响实验结果的准确性和可重复性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于心血管基础和药物筛查的应用模型及构建方法，旨在解决背景技术提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于心血管基础和药物筛查的应用模型，包括一种用于高静水压干预的体外可灌注的微血管3d模型，所述微血管3d模型是通过血管内皮细胞、血管平滑肌细胞和基质成纤维细胞的空间控制共培养构建而成，实现模拟心血管系统的可灌注网络，用于组织工程和血管功能建模。

3、作为本发明一种优选的方案，所述体外血管模型可以帮助研究人员在没有进行动物实验的情况下研究血管的生理和病理过程，通过检测血管内皮细胞、血管平滑肌细胞和基质成纤维细胞的空间构象，检验单细胞系统在可灌注脉管系统中的作用，用于理解血管生物学、疾病机制以及药物筛选。

4、作为本发明一种优选的方案，所述微血管3d模型为生物动力学模型，能够准确再现内皮细胞和平滑肌细胞在血流动力学下的反应，如生理剪切应力，对生长可灌注的功能性3d血管网络以及分别研究原发性高血压和继发性高血压的病理机制和防治是必需的。

5、作为本发明一种优选的方案，所述微血管3d模型为一种微流体平台，能够模拟正常发育和血管生成过程中的自然细胞程序，形成具有体内血管特征性的形态和生化标志物的完整3d微血管，所建立的微血管模型具有较强的屏障功能和长期稳定性，能够对流动诱导的机械刺激做出真实反应，例如细胞骨架重排和细胞外基质交联。

6、一种微血管3d模型的构建方法，根据上述中任一项所述的应用模型，所述微血管3d模型的构建方法包括以下步骤：

7、(1)分离提取大鼠主动脉内皮细胞、平滑肌细胞和血管外层成纤维细胞；

8、(2)将内皮细胞和成纤维细胞分别与胶原蛋白混合，并分别加入到动脉模具的内层和外层，37℃培养1小时使凝胶定型；

9、(3)将平滑肌细胞与胶原蛋白混合，加入到动脉模具的中层，37℃培养1小时使凝胶定型；

10、(4)向动脉模具中加入培养基，继续孵育48小时，即得到微血管3d模型。

11、作为本发明一种优选的方案，所述高静水压干预包括高静水压连结装置、加压装置、压力导管和数据采集系统，其中高静水压连结装置与加压装置相连，压力导管一端插入微血管3d模型中，另一端与数据采集系统相连，通过调节加压装置对微血管3d模型施加高静水压，同时压力导管实时监测静水压力的变化，并将压力数据传输至数据采集系统进行记录和分析。

12、作为本发明一种优选的方案，所述模型通过共聚焦显微镜三维成像技术检测微血管3d模型的结构变化，包括血管壁胶原和细胞的变化；还可通过血管张力测定技术检测血管壁张力和硬度的变化。

13、作为本发明一种优选的方案，所述微血管3d模型用于研究血管生成、血管病变、肿瘤生长的多种生物过程，以及在压力条件变化时血管的生理病理环境变化，同时也能作为药物筛选和毒性测试的平台。

14、作为本发明一种优选的方案，所述模型用于检测药物敏感性，所述药物包括可降低、下调生物标志物活性的成分；所述活性成分优选自所述生物标志物的抑制剂、中和抗体或多肽；所述药物还可包括药学上可接受的辅料；所述高血压药物包括防治原发性高血压和继发性高血压的药物。

15、作为本发明一种优选的方案，所述模型通过计算机模拟术，将药物在静水压力干预下的作用作为输入变量，评估药物的疗效，优化给药方案，为高血压等心血管疾病的防治提供新的思路和方法。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、1)构建血管3d模型：该系统利用基质凝胶模型和原代血管内皮细胞、血管平滑肌细胞和成纤维细胞共培养技术，构建出具有高度真实感的血管3d模型；

18、2)高静水压干预：通过控制系统施加高静水压，对血管3d模型进行干预，以模拟真实的高血压生理环境；

19、3)数据采集和分析：系统可以实时采集和记录干预过程中的各种参数，如压力、血管壁形变等，并进行数据分析和处理；

20、4)结果可视化：系统可以将干预结果以图形化的方式展示出来，方便研究人员进行观察和分析。该系统可以模拟真实的原发性高血压和压力负荷性继发性高血压的病理生理环境，通过构建血管3d模型高静水压干预系统和验证其功能，在心血管疾病研究中广泛的应用前景，帮助研究人员更好地理解血管生物学和心血管疾病的发生机制，并为疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法。

技术特征：

1.一种用于心血管基础和药物筛查的应用模型，其特征在于，包括一种用于高静水压干预的体外可灌注的微血管3d模型，所述微血管3d模型是通过血管内皮细胞、血管平滑肌细胞和基质成纤维细胞的空间控制共培养构建而成，实现模拟心血管系统的可灌注网络，用于组织工程和血管功能建模。

2.根据权利要求1所述的一种用于心血管基础和药物筛查的应用模型，其特征在于，所述体外血管模型可以帮助研究人员在没有进行动物实验的情况下研究血管的生理和病理过程，通过检测内皮细胞、血管平滑肌细胞、基质成纤维细胞的空间构象，检验单细胞系统在可灌注脉管系统中的作用，用于理解血管生物学、疾病机制以及药物筛选。

3.根据权利要求1所述的一种用于心血管基础和药物筛查的应用模型，其特征在于，所述微血管3d模型为生物动力学模型，能够准确再现内皮细胞和平滑肌细胞在血流动力学下的反应，如生理剪切应力，对生长可灌注的功能性3d血管网络以及分别研究原发性高血压和继发性高血压的病理机制及防治是必需的。

4.根据权利要求1所述的一种用于心血管基础和药物筛查的应用模型，其特征在于，所述微血管3d模型为一种微流体平台，能够模拟正常发育和血管生成过程中的自然细胞程序，形成具有体内血管特征性的形态和生化标志物的完整3d微血管，所建立的微血管模型具有较强的屏障功能和长期稳定性，能够对流动诱导的机械刺激做出真实反应，例如细胞骨架重排和细胞外基质交联。

5.一种微血管3d模型的构建方法，根据权利要求1-4任一项所述的应用模型，其特征在于，所述微血管3d模型的构建方法包括以下步骤：

6.根据权利要求1-4任一项所述的用于心血管基础和药物筛查的应用模型，其特征在于，所述高静水压干预包括高静水压连结装置、加压装置、压力导管和数据采集系统，其中高静水压连结装置与加压装置相连，压力导管一端插入微血管3d模型中，另一端与数据采集系统相连，通过调节加压装置对微血管3d模型施加高静水压，同时压力导管实时监测静水压力的变化，并将压力数据传输至数据采集系统进行记录和分析。

7.根据权利要求1-4任一项所述的用于心血管基础和药物筛查的应用模型，其特征在于，所述模型通过共聚焦显微镜三维成像技术检测微血管3d模型的结构变化，包括血管壁胶原和细胞的变化；还可通过血管张力测定技术检测血管壁张力和硬度的变化。

8.根据权利要求1-4任一项所述的用于心血管基础和药物筛查的应用模型，其特征在于，所述微血管3d模型用于研究血管生成、血管病变、肿瘤生长的多种生物过程，以及在压力条件变化时血管的生理病理环境变化，同时也能作为药物筛选和毒性测试的平台。

9.根据权利要求8所述的用于心血管基础和药物筛查的应用模型，其特征在于，所述模型用于检测药物敏感性，所述药物包括可降低、下调生物标志物活性的成分；所述活性成分优选自所述生物标志物的抑制剂、中和抗体或多肽；所述药物还可包括药学上可接受的辅料；所述高血压药物包括防治原发性高血压和继发性高血压的药物。

10.根据权利要求9所述的用于心血管基础和药物筛查的应用模型，其特征在于，所述模型通过计算机模拟术，将药物在静水压力干预下的作用作为输入变量，评估药物的疗效，优化给药方案，为高血压等心血管疾病的防治提供新的思路和方法。

技术总结
本发明提供一种用于心血管基础和药物筛查的应用模型及构建方法，包括一种用于高静水压干预的体外可灌注的微血管3D模型，所述微血管3D模型是通过血管内皮细胞、血管平滑肌细胞和基质成纤维细胞的空间控制共培养构建而成，实现模拟心血管系统的可灌注网络，用于组织工程和血管功能建模，本发明高静水压干预血管3D模型，是一个先进的研究工具，它不仅能够帮助科学家更好地理解血管生物力学和血管平滑肌细胞、内皮细胞等细胞的所处的微环境，还有可能在未来用于临床前的药物开发和疾病病理机制探索研究。

技术研发人员：王炎,马奔,李婕,丁虎
受保护的技术使用者：华中科技大学同济医学院附属同济医院
技术研发日：
技术公布日：2024/11/11