幾個月來，薩布麗娜·斯臺普爾斯（Sabrina Staples）一直盯著一塊郵票大小的硅膠芯片，試圖誘導細胞做出一些非凡的成果。但每次她將細胞放入精密的微流體裝置中時，總會有一個“流氓”氣泡潛入，摧毀細胞和實驗。

“我經(jīng)常在入睡前，想象自己身處水道，四處尋找氣泡的來源，”她說，“我知道，如果我能弄清楚這一點，我們就能最終讓模型發(fā)揮作用，發(fā)現(xiàn)一些以前從未有人發(fā)現(xiàn)過的東西。”

她的決心得到了回報。隨著氣泡的消失，一個長期被忽視的生物過程開始顯現(xiàn)。

斯臺普斯是醫(yī)學生物物理學的博士生，目前是《美國國家科學院院刊》上發(fā)表的一項研究的第一作者，該研究為我們理解血管如何一分為二地生長開辟了新的天地。

這種被稱為套疊性血管生成（IA）的過程鮮為人知，它與我們許多人在生物課上學到的經(jīng)典“發(fā)芽式”血管生成相輔相成。IA 并非像樹枝那樣長出新血管，而是將現(xiàn)有血管分裂開來。它速度更快、效率更高，而且令人驚訝的是，目前對其的研究還遠遠不夠。

斯臺普斯說：“作為科學界，我們一直致力于研究細菌的發(fā)芽。但我們強調，IA 比有限的研究表明的更為常見，它常見于傷口、癌性腫瘤，甚至在死于 COVID-19 的患者肺部也大量存在。”

部分原因是，在生物體中研究和觀察IA頗具挑戰(zhàn)性。因此，Staples和她在Geoffrey Pickering博士實驗室的同事們設計了一種“芯片血管”，這是一種透明的微通道，內襯人類內皮細胞，并灌注細胞培養(yǎng)基，以模擬真實的血管。其訣竅在于將通道構建得與玻璃蓋玻片齊平——足夠近，以便用高分辨率顯微鏡捕捉到細胞的細微運動。

他們所看到的景象讓他們大吃一驚：細胞排列整齊，與鄰近細胞截然不同，然后迅速在血管腔內形成橋狀結構——這是分裂的前奏。這種橋狀結構行為曾在單個時間點被捕捉到，但從未被完整地記錄下來。

這些發(fā)現(xiàn)為血管重組機制提供了新的見解，并表明IA可能成為促進或抑制血管生長療法的有力靶點。Staples希望她的發(fā)現(xiàn)能夠促進對IA調控的進一步研究，并幫助科學家重新構建復雜的人體體外模型——這些模型使研究人員能夠研究體外的生物過程。

她說：“現(xiàn)在我們可以在芯片上模擬這個過程，我們可以更可靠地提出下一組問題，并且具有更好的控制力。”

剛剛完成博士論文答辯的斯塔普爾斯正在尋求進入制藥和生物技術行業(yè)的職業(yè)發(fā)展，希望推動針對血管疾病和中風的藥物研發(fā)。

“我骨子里是個血管生物學家，”她說，“血管幾乎是所有組織的重要組成部分——皮膚、骨骼肌、大腦——所以當它們不工作時，其他一切都會停止運作。

更多信息： Sabrina CR Staples 等，《套疊性血管生成芯片：內皮分層介導的腔內血管橋接的證據(jù)》，《美國國家科學院院刊》（2025）。DOI ：10.1073/pnas.2423700122

期刊信息： 美國國家科學院院刊