近日，機械工程學(xué)院吳夢希教授與杜克大學(xué)醫(yī)院器官移植中心Jean Kwun教授、哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Luke Lee教授、杜克大學(xué)機械工程與材料科學(xué)學(xué)院黃俊(Tony Jun Huang)教授等合作，在《自然·通訊》(NatureCommunications)發(fā)表題為“基于聲流控的治療性血液成分單采系統(tǒng)(Acoustofluidic-basedtherapeuticapheresissystem)”的研究論文。

治療性血液成分單采是指采集患者血液后，通過離心、過濾等分離方法對病理成分進(jìn)行去除或置換，同時將正常血液成分回輸并適當(dāng)補充血液制劑或替代溶液，從而消除或降低血液中病理成分致病作用的一種臨床治療技術(shù)。該項技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，成為諸多疾病的推薦治療手段。

然而，治療性血液成分單采技術(shù)尚未應(yīng)用于早產(chǎn)兒、新生兒、低齡兒童等特殊人群，因其組織器官和免疫系統(tǒng)脆弱、血液總量和耐受失血量顯著小于成人、對治療手段和器械的精準(zhǔn)程度要求更為苛刻。現(xiàn)有設(shè)備存在所需血液體積大、血流控制精度差、集成化水平低等局限，僅適用于成年患者，亟需開發(fā)一款微型化、精密化和一體化的血液分離處理平臺，以填補治療性血液成分單采技術(shù)在嬰幼兒患者中應(yīng)用的空白。

機械工程學(xué)院吳夢希教授團隊在微流控技術(shù)及系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域耕耘多年，與世界一流大學(xué)知名學(xué)者及醫(yī)院資深醫(yī)生長期合作開展醫(yī)工交叉研究。為解決現(xiàn)有技術(shù)的局限性，開創(chuàng)性地提出基于聲流控技術(shù)的治療性血液成分單采系統(tǒng)。構(gòu)建面積僅為數(shù)平方厘米的血液成分“微處理芯片”，利用聲表面波駐波場操控血細(xì)胞的選擇性定向運動，在微米級的流道內(nèi)實現(xiàn)了血細(xì)胞和血漿的高效無損分離。開發(fā)在線血液循環(huán)、穩(wěn)流和消泡裝置，研發(fā)大小僅為28.0?cm×22.0?cm的桌面式設(shè)備，實現(xiàn)了治療性血液成分單采系統(tǒng)的微型化和集成化。該系統(tǒng)一方面將治療性血液成分單采的血液最低需求量由現(xiàn)有的170 mL左右減小到0.28 mL，降低了三個數(shù)量級；另一方面，在不損傷血液細(xì)胞和患者健康的前提下實現(xiàn)了高精度高效率的血液成分分離。

基于聲流控技術(shù)的治療性血液成分單采系統(tǒng)

研究團隊開展了國際首例小鼠血漿置換治療手術(shù)。血漿置換是治療性血液成分單采技術(shù)的一項應(yīng)用，用于消除血液中血漿包含的病理性成分以達(dá)到治療目的。手術(shù)使用的小鼠模型血液總量僅為1~2 mL，對設(shè)備的要求更為嚴(yán)苛。在本研究中，小鼠首先接受了外源器官的移植，移植一周后檢測其血漿中存在大量的特異性抗體，造成了嚴(yán)重的器官排異反應(yīng)。隨后研究團隊利用基于聲流控的治療性血液成分單采系統(tǒng)，成功地將小鼠的一部分血漿置換為緩沖液。經(jīng)檢測，小鼠體內(nèi)引起免疫排斥反應(yīng)的抗體濃度大幅降低，從而有效緩解了器官排異反應(yīng)，能夠大幅提升器官移植的成功率。該實驗結(jié)果一方面驗證了基于聲流控的治療性血液成分單采系統(tǒng)的安全性和有效性，另一方面也為治療器官移植排異反應(yīng)提供了新的手段。

治療性血液成分單采系統(tǒng)用于小鼠血漿置換，大幅降低引起免疫排斥反應(yīng)的抗體濃度

本項研究利用聲流控技術(shù)開發(fā)了首款集成、精密、微型的治療性血液成分單采系統(tǒng)，將設(shè)備的血液需求量降低了三個數(shù)量級。針對嬰幼兒等血液總量少、器官和免疫系統(tǒng)脆弱的特殊患者，本研究的成果有望為臨床治療提供可行的方案。此外，本研究開發(fā)的基于聲流控的治療性血液成分單采系統(tǒng)同樣適用于動物模型，為生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究開辟了新的方法，也將進(jìn)一步推動治療性血液成分單采技術(shù)的發(fā)展。

文章來源：大連理工大學(xué)