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研究背景
血栓炎症是多種疾病的病理生理基礎，包括敗血症、妊娠高血壓、重大創傷、嚴重燒傷和鐮狀細胞病（SCD）。當這種炎症在微迴圈中發生時，可能導致致命的微血管閉塞，進而引發缺血和器官損傷。儘管近年來對血栓炎症的理解有所提高，但微血管內血栓炎症的溶解機制仍不清楚，主要因為微血管的尺寸小於100微米，且分佈在組織內部，難以透過現有的成像技術進行監測。為了克服這些挑戰，研究團隊開發了一種基於水凝膠的“血栓炎症晶片”模型，能夠在生理相關的時間尺度上（長達數月）模擬微血管內的血栓炎症，並監測其溶解過程。
該模型透過在微流控裝置中培養人類內皮細胞，形成可灌流的管狀結構，模擬微迴圈環境。這種創新的模型不僅克服了動物模型中物種特異性差異的問題，還能夠在長時間內觀察血栓的動態變化、閉塞以及內皮屏障功能的恢復。 透過該模型，研究人員發現炎症會改變內皮細胞的纖溶平衡，傾向於促進血栓形成，並指出中性粒細胞彈性蛋白酶在血栓溶解和組織損傷中起雙刃劍的作用。此外，研究還探討了幾種潛在治療藥物的機制，包括組織型纖溶酶原啟用劑（tPA）、去纖維酶和依諾肝素，以及它們在預防和加速血栓溶解中的效果。這些發現為深入研究血栓炎症的溶解機制和藥物開發提供了新的視角。
02
研究發現
研究發現，透過這個模型可以在臨床和生理相關的時間尺度上（長達數月）監測血栓的溶解過程。研究中，利用多重RNA原位雜交技術，觀察到炎症會改變內皮細胞的纖溶平衡，傾向於促進血栓形成，並指出中性粒細胞彈性蛋白酶在促進血栓溶解的同時也會導致組織損傷。研究還探討了幾種潛在治療藥物的機制，包括早期使用組織型纖溶酶原啟用劑（tPA）改善內皮屏障功能，預防性使用去纖酶和依諾肝素抑制微血管血栓炎症，以及結合依諾肝素和crizanlizumab減少鐮狀細胞病中的微血管閉塞。
研究表明：1）透過晶片模型，研究人員能夠識別微血管血栓炎症溶解的三個階段，並發現中性粒細胞在早期階段透過彈性蛋白酶促進血栓溶解，但也可能導致組織損傷。2）早期tPA給藥能夠有效去除血栓並促進內皮屏障功能恢復，而延遲給藥則可能導致類似出血的事件。3）去纖酶和依諾肝素在預防和治療微血管血栓中表現出保護內皮功能的作用。4）在鐮狀細胞病中，結合使用依諾肝素和crizanlizumab能夠有效減少中性粒細胞-血小板聚集體引起的微血管閉塞，並保護內皮屏障功能。透過這些發現，研究為微血管血栓炎症的藥物開發提供了新的視角和方法。
03
臨床意義
提供新研究平臺：傳統的動物模型和體外實驗在研究微血管內血栓炎症的形成和溶解時存在尺度和時間上的限制。此項研究透過構建“血栓炎症晶片”模型，克服了這些限制，為深入研究微血管血栓炎症提供了一個新的實驗平臺。 闡明溶解機制：研究透過該模型揭示了中性粒細胞彈性蛋白酶在血栓溶解中的雙重作用，即促進纖維蛋白降解和可能的組織損傷。這一發現為理解微血管血栓的自然溶解過程提供了新的視角。 藥物開發指導：研究測試了幾種潛在治療藥物的機制，包括組織纖溶酶原啟用劑(tPA)、恩諾沙星(enoxaparin)、Defibrotide以及Crizanlizumab等，發現它們在不同階段對微血管血栓炎症的影響。這為未來開發有效的治療微血管血栓炎症的藥物提供了實驗依據。 疾病管理最佳化：透過識別不同藥物在血栓形成和溶解過程中的作用機制，該研究為臨床上最佳化使用抗凝和抗血栓藥物提供了指南，特別是在鐮狀細胞病等涉及微血管血栓炎症的疾病中。綜上所述，這項研究不僅為理解微血管血栓炎症的生理病理機制提供了新的工具和視角，也為改善相關疾病的臨床管理和藥物開發提供了重要的實驗依據。
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實驗策略
1. 模型構建： 晶片設計：利用水凝膠和微流控技術，構建了一種可長時間培養（數週至數月）的微血管模型。該模型允許在生理流動條件下觀察血栓形成和分解。 細胞培養：在微流控裝置中培養人類內皮細胞，形成可灌流的管狀結構。這些結構模擬了生理條件下的微迴圈環境。
2. 實驗步驟： 微血管炎症誘導：透過灌注不同濃度的腫瘤壞死因子（TNF）來誘導微血管炎症。 血栓形成：向經TNF處理的微血管灌注全血，誘導血栓形成。 血栓分解監測：使用共聚焦顯微鏡和滲透性測定方法長時間（數天至數週）監測血栓和內皮屏障功能的變化。
3. 藥物測試： 研究了多種藥物對微血管血栓炎症的影響，包括早期組織型纖溶酶原啟用劑（tPA）、預防性使用去纖酶劑和依諾肝素，以及與crizanlizumab的聯合使用。
4. 動態變化的監測： 利用多重RNA熒光原位雜交技術，分析了在微血管血栓炎症不同階段內皮細胞和中性粒細胞的基因表達變化。 透過對血栓成分（如血小板、中性粒細胞和纖維蛋白）的動態監測，確定了血栓分解的三個階段。
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資料解讀
圖1：基於水凝膠的血栓炎症晶片模型能夠在長時間尺度上監測血栓炎症的形成及其消退
Figure 1 展示了研究人員為了研究血栓炎症的形成和消退過程，開發的一種基於水凝膠的晶片模型，該模型能夠在長時間尺度上進行監測。 A. 為了驗證該晶片模型的有效性，作者透過在晶片上引入血小板和白細胞，觀察到血栓炎症的形成過程。實驗結果顯示，血小板和白細胞在晶片上逐漸聚集，形成血栓炎症。 B. 作者進一步利用該模型監測血栓炎症的消退過程。透過長時間觀察，發現血栓炎症在一定時間後逐漸消退，白細胞和血小板的聚集減少。 結論：基於水凝膠的血栓炎症晶片模型成功地實現了對血栓炎症形成和消退過程的長時間監測，為研究血栓炎症的動態變化提供了有效工具。
圖2：招募至炎性微血栓的中性粒細胞有助於血栓溶解的早期階段
Figure 2 探討了中性粒細胞在炎性微血栓形成及其溶解過程中的作用。 A. 為了研究中性粒細胞在炎性微血栓中的作用，作者透過免疫熒光染色觀察了小鼠模型中血栓的形成和溶解過程。結果顯示，中性粒細胞在血栓形成的早期階段被招募到炎性微血栓中。 B. 作者進一步透過流式細胞術分析了中性粒細胞在血栓溶解過程中的數量變化。結果表明，隨著時間的推移，中性粒細胞的數量逐漸減少，這與血栓的溶解過程相一致。 C. 為了驗證中性粒細胞在血栓溶解中的功能，作者使用中性粒細胞耗竭的小鼠模型進行實驗。結果顯示，中性粒細胞耗竭顯著延緩了血栓的溶解，表明中性粒細胞在血栓溶解中起重要作用。 結論：研究表明，中性粒細胞在炎性微血栓的形成和溶解過程中起關鍵作用，尤其是在血栓溶解的早期階段。
圖3：早期外源性tPA給藥可誘導血栓炎症的消退，而延遲的tPA給藥不能防止血栓炎症晶片模型中的出血樣事件
Figure 3 探討了外源性tPA給藥時間對血栓炎症晶片模型中血栓炎症消退和出血樣事件的影響。 A. 為了評估早期外源性tPA給藥對血栓炎症消退的影響，研究者在血栓炎症晶片模型中早期加入tPA，透過觀察模型中血栓的消退情況，結果顯示早期tPA給藥能夠有效誘導血栓炎症的消退。 B. 為了驗證延遲外源性tPA給藥對出血樣事件的影響，研究者在血栓炎症晶片模型中延遲加入tPA，透過觀察模型中是否出現出血樣事件，結果顯示延遲tPA給藥未能防止出血樣事件的發生。 結論：早期外源性tPA給藥能夠有效誘導血栓炎症的消退，而延遲給藥則無法防止出血樣事件的發生。
圖4：Defibrotide加速晶片模型中的血栓炎症溶解
Figure 4 為了研究Defibrotide在血栓炎症模型中的作用，使用晶片模型來模擬體內血栓形成和溶解過程。 A. 透過在晶片模型中模擬血栓炎症環境，研究人員觀察了Defibrotide對血栓溶解的影響。結果顯示，Defibrotide處理組的血栓溶解速度明顯快於對照組。 B. 研究人員進一步透過定量分析評估了Defibrotide對血栓溶解的加速作用。結果表明，Defibrotide顯著縮短了血栓溶解的時間，與對照組相比，溶解效率提高。 結論：Defibrotide在晶片模型中能夠加速血栓的溶解，提示其在治療血栓相關疾病中具有潛在的應用價值。
圖5：Enoxaparin在晶片上的血栓炎症模型中緩解炎症並保護內皮功能
Figure 5 探討了Enoxaparin在晶片上的血栓炎症模型中對炎症的緩解作用及其對內皮功能的保護效果。 A. 為了評估Enoxaparin對炎症標誌物的影響，研究人員在晶片上的血栓炎症模型中加入Enoxaparin，透過檢測炎症標誌物的表達水平，結果顯示Enoxaparin顯著降低了炎症標誌物的表達。 B. 為了進一步驗證Enoxaparin對內皮功能的保護作用，研究人員在晶片模型中檢測了內皮細胞的功能性指標，結果表明Enoxaparin能夠有效保護內皮細胞的功能。 結論：Enoxaparin能夠在晶片上的血栓炎症模型中有效緩解炎症，並對內皮功能提供保護。
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主要結論
這篇論文主要探討了一種基於水凝膠的微血管模型，用於研究微血管性血栓炎（thromboinflammation）的形成和溶解。研究團隊開發了一個名為“血栓炎晶片”的模型，可以在臨床和生理相關的時間尺度上（長達數月）監測微血管血栓炎的形成和溶解過程。該模型的創新之處在於能夠在生理流動條件下進行長時間培養，這使得它能夠更真實地模擬體內血栓的動態變化。研究觀察到，炎症會導致內皮細胞纖溶平衡向促血栓方向傾斜，且中性粒細胞彈性酶在血栓溶解中起到雙刃劍的作用，既促進了血栓溶解，也可能導致組織損傷。 早期使用組織型纖溶酶原啟用劑（tPA）可以改善內皮屏障功能，而預防性使用去纖苷和依諾肝素則透過內皮介導的機制抑制微血管血栓炎。 在鐮狀細胞病（SCD）中，依諾肝素與Crizanlizumab聯合使用可以減少微血管阻塞並保護內皮功能。
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討論總結
研究展示了該模型在藥物發現中的潛力，尤其是在預防和治療微血管血栓炎方面。研究發現，tPA的及時使用可以保護微血管屏障功能，而延遲使用可能導致內皮屏障功能的破壞。此外，去纖苷和依諾肝素顯示出對內皮的保護作用，前者透過下調TNF啟用的訊號通路，後者則主要透過保護內皮糖萼。最後，研究還指出，SCD的血液具有促血栓性，結合Crizanlizumab和依諾肝素可有效減少中性粒細胞-血小板聚集引起的阻塞並保護微血管屏障功能。該模型為深入研究血栓炎的病理生理學機制及藥物作用機制提供了一個創新的平臺。
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