当研究疾病或测试潜在药物疗法时，研究人员通常借助培养皿中的细胞或实验室动物进行实验。然而，科学家最近开发出一种不同的方法：能模拟人类器官功能的小型设备——器官芯片，它更廉价且更高效。

现在，研究人员创建了一种特别适合建立动脉粥样硬化模型的新设备。动脉粥样硬化是导致心脏病和中风的首要原因。2018年1月2日，美国物理联合会（AIP）出版的《应用物理快报—生物工程》杂志上，研究人员展示了新设备如何用于研究血管细胞中重要的炎症反应，这是动物模型无法实现的。

“动脉粥样硬化是一种非常重要且复杂的疾病。”新加坡南洋理工大学生物医学工程师Han Wei Hou介绍。当脂肪、胆固醇和血液中的其他物质在动脉壁内层形成堆积的斑块时，这种疾病便会出现。

理解调控异常血管收缩的机制，对于研究和治疗血管疾病以及预防急性心肌梗死至关重要。Hou表示，此前开发的血管器官芯片模型更多关注血管的生物复杂性，而非其形状和几何结构，而后者是动脉粥样硬化的关键因素。“该疾病不仅涉及内皮功能紊乱的生物学方面，还与血液流动的生物力学相关。”

为此，研究人员创建了一种装在1平方英寸芯片上的设备。该设备含有两个由很薄的聚合物柔性膜隔开的堆叠腔室：底部含空气，上方含在机械性能上类似血液的流体。研究人员在膜上方充满流体的腔室内培养排列在血管内部的内皮细胞。随后，他们将空气抽进底部腔室，使腔室像气球一样伸展并形成阻止流体流动的气泡，模拟血管收缩。

充满流体的腔室收缩，导致流体在某些区域更快流动，在另一些区域更慢。当研究人员在持续但缓慢的流体流动条件下培养细胞时，内皮细胞能表达一种名为ICAM-1的蛋白。该蛋白与炎症相关，并在动脉粥样硬化的发展中起重要作用。

研究人员发现，当用人类血液替代细胞培养基时，更多的免疫细胞（称为单核细胞）在低流速区与内皮细胞结合。单核细胞是导致脂质堆积的主要原因，而脂质堆积最终会发展成引发动脉粥样硬化的斑块。