血管是人体的“生命线”和“灌溉网”,连接着各个器官并维持全身的稳态。目前,心血管疾病仍是全球首要致死原因。随着“泛血管医学(Panvascular Medicine)”理念的提出,我们将心血管、脑血管和外周血管系统视为一个泛血管整体,但这同时也给疾病建模和器械研发带来了巨大挑战。传统的二维细胞培养缺乏流体动力学环境,而动物模型则存在物种差异、周期长及伦理限制,难以精准复刻人体复杂的血流动力学和系统性病理反应。如何构建高保真、系统化的体外模型,以指导泛血管介入器械的研发与评价,成为该领域亟待解决的关键问题。
该文章是顶尖临床医学团队与前沿生物医学工程团队“医工交叉”的重磅成果。研究团队系统性地提出了基于微流控器官芯片技术的“FLOW”框架,并创新性地引入了“配和度(Suitcordance)”这一核心概念,旨在通过构建高仿真、可视化的泛血管体外模型,为系统性血管疾病机制研究及介入器械的精准评价提供全新平台,以期最终实现介入后“器械-血管”的力学-细胞-理化免疫生态平衡。
Figure1. 该综述首先指出了传统模型在泛血管研究中的局限性,并详细阐述了“FLOW”框架的四大核心模块:
F (Fidelity Hemodynamic Reconstruction,高保真血流动力学重构): 利用微流控技术模拟生理及病理状态下的脉动流和剪切力,精准复刻血管壁的生物力学环境;
L (Longitudinal Physiological Surveillance,纵向生理监测): 集成生物传感器与成像技术,实现对微环境变化、细胞行为及器械反应的实时、长程、无创监测;
O (Omni-vascular Bed Modelling,全血管床建模): 突破单一器官限制,构建多器官互联的血管网络,模拟动脉粥样硬化、血栓形成等疾病的系统性演进过程;
W (Whole-space 3D Interactive Workflow,全空间三维交互工作流): 利用3D打印与组织工程技术,建立器械与血管组织的三维交互空间,评估植入物的生物相容性与功能性。
Figure 2. 基于此框架,文章进一步提出了“配和度(Suitcordance)”这一全新评价指标。该概念融合了“短期适配度(Suitability)”与“长期和谐度(Concordance)”,强调介入器械不仅需在植入初期满足解剖学和力学匹配,更需在长期植入过程中与宿主血管实现生物学、物理学及免疫学的动态生态平衡,最终实现介入后器械-血管的命运长期共调。
文章还深入探讨了该平台在动脉粥样硬化、心肌梗死、脑卒中及糖尿病足等泛血管疾病模型中的应用潜力,并展望了结合人工智能(AI)与高通量分析技术,FLOW平台将如何加速新型生物材料筛选与个性化医疗器械的研发进程。这一工作不仅为理解泛血管疾病的复杂机制提供了有力工具,更为跨越基础研究与临床转化之间的壁垒架起了新的桥梁。
复旦大学附属中山医院心内科主任葛均波院士、沈雳教授和东南大学器官芯片研究院院长顾忠泽教授为该论文的共同通讯作者,葛均波院士基础科学中心秘书游凌森博士为论文的第一作者。该工作得到了国家自然科学基金项目(T2288101)的支持。
Lingsen You, Yuheng Chen, Zeyang Zhang, Yu Wang, Zhongze Gu, Li Shen, Junbo Ge, The FLOW Framework: A Panvascular-on-a-Chip Platform to Model Systemic Disease and Guide Panvascular Interventional Device Suitcordance, Science Bulletin, 2025.
Sci. Bull. | 葛均波院士团队综述:缺氧与泛血管疾病——探讨血管平滑肌细胞中的缺氧诱导因子在泛血管病变中的作用