血流剪切應(yīng)力，是血流與血管壁摩擦產(chǎn)生的平行與管壁表面的切線應(yīng)力。其大小取決于血液濃度、血流量及血管內(nèi)徑。

內(nèi)皮細(xì)胞（EC）緊密排列在血管的管壁表面，它們時(shí)刻受著血流剪切應(yīng)力的影響，并根據(jù)其在血管中不同位置對(duì)血流剪切應(yīng)力作出不同基因表達(dá)反應(yīng)。脈動(dòng)剪切應(yīng)力 （PS） 多存在于層流中，主要位于直向血管區(qū)域，而渦旋擾動(dòng)或振蕩剪切應(yīng)力 （OS） 則多出現(xiàn)于血管分支口或彎曲處。

在動(dòng)脈分支口或者彎曲處，血流由穩(wěn)定的層流變?yōu)闇u流或振蕩流，剪切應(yīng)力明顯降低且方向改變。內(nèi)皮功能障礙的局灶性分布對(duì)應(yīng)于OS存在的區(qū)域，而內(nèi)皮正常穩(wěn)態(tài)則維持在PS存在的區(qū)域中，所以動(dòng)脈粥樣硬化多發(fā)生于動(dòng)脈分支口處、動(dòng)脈彎曲及狹窄處，這些研究已成為血管疾?。ㄈ鐒?dòng)脈粥樣硬化）的研究重點(diǎn)。

血流剪切應(yīng)力是造成動(dòng)脈粥樣硬化病變非隨機(jī)灶性分布的主要因素，許多研究顯示血流剪切應(yīng)力通過(guò)調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞的基因表型來(lái)影響血管內(nèi)皮結(jié)構(gòu)與功能，從而影響動(dòng)脈粥樣硬化病變的發(fā)展。

有研究發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)脈血管分支處或者彎曲處這些好發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化部位的剪切應(yīng)力一般為4dyne/cm^2，而不好發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化部位的剪切應(yīng)力通常大于12dyne/cm^2。

在正常生理動(dòng)脈血流剪切應(yīng)力（>15dyne/cm^2）作用下，血管內(nèi)皮細(xì)胞排列成梭形且其長(zhǎng)軸與血流方向一致；當(dāng)血流剪切應(yīng)力較低（<4dyne/cm^2）的情況下，內(nèi)皮細(xì)胞則會(huì)呈現(xiàn)排列不規(guī)則的多角型，分泌內(nèi)皮素、炎癥介質(zhì)等因子，使內(nèi)皮細(xì)胞損傷，呈現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化表型。

還有許多研究表明，內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)對(duì)局部機(jī)械信號(hào)（如剪切應(yīng)力）作出反應(yīng)，并與源自整個(gè)生物體的生理刺激協(xié)同作用。血管和亞血管區(qū)域協(xié)調(diào)細(xì)胞反應(yīng)的現(xiàn)象，涉及許多疾病研究，例如肺動(dòng)脈高壓，阿爾茨海默病，血管性癡呆和胰腺癌等。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、生物學(xué)對(duì)于血流剪切應(yīng)力的研究多借助了微流體技術(shù)，在器官芯片中模擬血管，通過(guò)微流控系統(tǒng)控制液體流速等因素來(lái)研究剪切應(yīng)力對(duì)于細(xì)胞表達(dá)的作用。

下圖顯示的是通過(guò)ExiGo泵和生物芯片組成的微流控系統(tǒng)來(lái)模擬血管中的脈動(dòng)剪切應(yīng)力：

1、首先，將注射器裝入ExiGo泵中。注射器規(guī)格可選范圍從100微升到5毫升。

2、然后，ExiGo泵可以通過(guò)其控制軟件SmartFlo軟件進(jìn)行控制?？梢栽?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/1247/" target="_blank">電腦軟件上自定義剪切應(yīng)力和流速模式并自動(dòng)執(zhí)行流動(dòng)過(guò)程，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流體情況。

3、接下來(lái)，注射器中的樣品會(huì)通過(guò)流量傳感器輸送，該傳感器將檢測(cè)剪切應(yīng)力和流速情況，并可根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。

4、樣品之后會(huì)通過(guò)微流體芯片（器官芯片），在芯片里樣品可以在內(nèi)皮細(xì)胞上流動(dòng)作用。流動(dòng)模式可選，例如振蕩流動(dòng)模式、勻速流動(dòng)等。

5、芯片之后需連接一個(gè)儲(chǔ)液容器，用來(lái)收集從微流體芯片流出的廢液。

6、當(dāng)注射器中的樣品液排空時(shí)，泵會(huì)通過(guò)連接到培養(yǎng)基容器的歧管器切換閥門(mén)并從儲(chǔ)液瓶中抽取補(bǔ)充樣品溶液。這可以擴(kuò)展注射器的容量，并可長(zhǎng)時(shí)間地連續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

審核編輯 黃昊宇