科學家打造血液“微處理芯片”

近日，大連理工大學教授吳夢希與杜克大學醫院器官移植中心教授Jean Kwun、哈佛大學醫學院教授Luke Lee、杜克大學教授黃俊等合作，研制出基于聲流控的治療性血液成分單采系統，構建了面積僅為數平方厘米的血液成分“微處理芯片”，相關成果發表在《自然·通訊》。

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行去除或置換，同時將正常血液成分回輸并適當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。該項技術已經在國內外得到了廣泛的應用，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尚未應用于早產兒、新生兒、低齡兒童等特殊人群，因其組織器官和免疫系統脆弱、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程度要求更為苛刻。現有設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在嬰幼兒患者中應用的空白。

為解決現有技術的局限性，吳夢希團隊在開創性地提出基于聲流控技術的治療性血液成分單采系統，構建了血液成分“微處理芯片”，并利用聲表面波駐波場操控血細胞的選擇性定向運動，在微米級的流道內實現了血細胞和血漿的高效無損分離。團隊開發出在線血液循環、穩流和消泡裝置，研發了大小僅為28.0?cm×22.0?cm的桌面式設備，實現了治療性血液成分單采系統的微型化和集成化。該系統一方面將治療性血液成分單采的血液最低需求量由現有的170 mL左右減小到0.28 mL，降低了三個數量級；另一方面，在不損傷血液細胞和患者健康的前提下實現了高精度高效率的血液成分分離。

隨后，團隊開展了國際首例小鼠血漿置換治療手術。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，造成了嚴重的器官排異反應。研究團隊還利用基于聲流控的治療性血液成分單采系統，成功地將小鼠的一部分血漿置換為緩沖液。經檢測，小鼠體內引起免疫排斥反應的抗體濃度大幅降低，從而有效緩解了器官排異反應，能夠大幅提升器官移植的成功率。該實驗結果驗證了基于聲流控的治療性血液成分單采系統的安全性和有效性，也為治療器官移植排異反應提供了新的手段。

該研究利用聲流控技術開發了首款集成、精密、微型的治療性血液成分單采系統，將設備的血液需求量降低了三個數量級。針對嬰幼兒等血液總量少、器官和免疫系統脆弱的特殊患者，本研究的成果有望為臨床治療提供可行的方案。此外，本研究開發的基于聲流控的治療性血液成分單采系統同樣適用于動物模型，為生命科學及醫學相關領域的研究開辟了新的方法，也將進一步推動治療性血液成分單采技術的發展。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-50053-1