用于评估内皮细胞介导纤溶的生物打印微凝块动力学分析
在微观尺度上探索血栓溶解动力学的突破性研究
研究背景与问题
静脉血栓栓塞症（Venous Thromboembolism, VTE）作为一种严重危害人体健康的疾病，每年仅在美国就导致约50万人死亡。VTE的发生与静脉内血栓的形成和难以溶解（低纤溶，hypo-fibrinolysis）密切相关。然而，长期以来，静脉血栓研究主要聚焦于“高凝状态”（hypercoagulability），即血栓的形成机制，而对低纤溶这一问题的研究相对不足。现有的VTE治疗方法主要依赖抗凝药物的使用，这些药物可以抑制血栓的形成和扩展，但并未有效增强血栓的溶解。而唯一被广泛采用的与纤溶相关的治疗方式，即外源性纤溶酶原激活剂（thrombolytics），因其带来的严重出血风险，使用受到限制。
此外，与低纤溶相关的药物开发进展缓慢的另一个原因在于缺乏高效、体外的实验模型。大部分当前的纤溶实验使用简单的体外检测手段，例如应用患者血样、外加纤溶酶原激活剂后通过浊度变化监测纤溶。但这些方法过于简化，难以真实反映多因素共同作用下的低纤溶。此外，这些方法很少考虑血管内皮细胞（Endothelial Cells, ECs）的参与，而内皮细胞是调节纤溶的重要决定因素。
为了解决现有方法和知识的局限性，来自Georgia Institute of Technology、Emory University和Vanderbilt University Medical Center的研究团队开发出基于生物打印（bioprinting）技术的微观血栓溶解动力学分析平台，利用此平台全面解析内皮细胞调控下的血栓溶解过程，进一步评估环境刺激和药物对纤溶的影响。这一研究发表在2025年《Advanced Healthcare Materials》杂志上，通讯作者为Shuichi Takayama。
研究流程
1. 微观血栓溶解分析平台的构建
研究团队通过水相双向系统（Aqueous Two-Phase Systems, ATPS），在微观尺度上利用生物打印技术直接在体外培养的人类脐静脉内皮细胞（HUVECs）上构建出微观纤维蛋白血栓（fibrin clots）。具体而言，研究者将含有凝血酶（thrombin）和纤维蛋白原（fibrinogen）的两相液体通过ATPS打印的方式控制其分离，最终在HUVECs表面形成均匀、稳定的微观纤维蛋白血栓。这一过程忠实模拟了血管损伤后纤维蛋白在内皮细胞上的沉积与凝固。
打印的血栓保持在96孔板的微小体积内（微升或子微升量级），并用于实时记录溶解过程。通过Incucyte自动活细胞成像技术，研究者24小时连续监测血栓的溶解过程，并通过Matlab算法对图像数据进行像素强度的量化分析。
该方法的一大创新点是无需外源性纤溶酶原激活剂，完全依赖内皮细胞分泌的纤溶因子（例如组织型纤溶酶原激活剂Tissue-type Plasminogen Activator, TPA）来完成血栓的降解，从而真实反映细胞调控下的纤溶能力。
2. 微观血栓溶解动力学特征
研究显示，微观纤维蛋白血栓的溶解时间随着血栓体积的增加而非线性增长。这是由于较大体积的血栓单位体积中暴露于内皮细胞纤溶因子的表面积相对减少。此外，研究者通过乳酸脱氢酶释放实验（LDH-Glo Assay）确认微观血栓的溶解过程中细胞毒性水平始终较低，证明了血栓溶解实验的生理相容性。
3. 环境刺激对纤溶的影响
研究团队进一步测试了不同刺激物对内皮细胞调控纤溶的作用。已知细菌脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）可以增加纤溶抑制因子的表达，从而降低纤溶能力。实验表明，随着LPS浓度的增加，血栓的溶解时间显著延长，同时未溶解的纤维蛋白残留也随之增多。这一现象充分揭示了LPS诱导的低纤溶状态，同时也证明了该实验平台用于疾病模型的潜力。
4. 药物测试与效应解析
研究者使用该平台对多种已知具备抗凝或促进纤溶作用的药物进行了评估： - Rosuvastatin（瑞舒伐他汀）： 已知他汀类药物具有促纤溶效应，但其作用机制尚不完全明确。在内皮细胞参与的纤溶实验中，研究发现，瑞舒伐他汀以浓度依赖的方式显著加速血栓溶解，而在无内皮细胞的条件下其作用消失，这表明瑞舒伐他汀通过内皮细胞调控纤溶，但不直接促使血栓溶解。
- Baricitinib（巴瑞克替尼）： 作为一种被FDA警告具有血栓风险的JAK激酶抑制剂，巴瑞克替尼的高浓度处理条件显著延缓了纤溶过程，同时导致微量纤维蛋白未能完全溶解。然而在低浓度情况下，其作用较弱甚至可能因炎症环境而表现出一定的纤溶促进效应。
基于这一结果，该方法可用于早期筛查药物诱导低纤溶的潜在风险。
5. 实验系统优势及未来方向
研究团队同时探讨了实验的局限与未来拓展方向。当前的微观血栓模型主要基于纤维蛋白网络，未来可以引入红细胞、血小板等成分构建更复杂的血栓环境。此外，通过引入模拟受损血管中复杂流动状态的流体动力学模型，进一步模拟生理或病理条件下的纤溶平衡将更为精准。
研究意义与价值
该研究通过创新性的微观血栓溶解分析平台，实现了对内皮细胞调控血栓溶解过程的动态、真实再现。这一平台因其无须外源添加纤溶因子的独特性，能够真实反映生理状态下纤溶能力的变化。平台的高通量特性及灵活设计还赋予其广泛的药物筛选及风险预测潜力。通过评估LPS及巴瑞克替尼等诱导低纤溶的外源性刺激，为低纤溶状态的病理机制研究提供了更细致的分析工具。
这项研究不仅填补了VTE领域对低纤溶状态研究的技术空白，同时为疾病治疗与药物研发开辟了新的前景：新型纤溶调节药物的开发将有望通过该平台实现更早期的验证与筛选。