แพลตฟอร์มไมโครฟลูอิดิกสำหรับการตรวจสอบกิจกรรมของคาร์ดิโอไมโอไซต์

ในบทความวิจารณ์ล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสาร ไมโครซิสเต็มส์และวิศวกรรมนาโนนักวิจัยได้สำรวจความก้าวหน้าของเทคโนโลยีไมโครฟลูอิดิกในการติดตามกิจกรรมทางกลไกไฟฟ้าของคาร์ดิโอไมโอไซต์ โดยเน้นการใช้งานที่เป็นไปได้ในการคัดกรองยาและการสร้างแบบจำลองโรค

เครดิตรูปภาพ: luchschenF/Shutterstock.com

พื้นหลัง

โรคหัวใจและหลอดเลือด (CVD) เป็นสาเหตุสำคัญของการเสียชีวิตทั่วโลก โดยคิดเป็นเกือบ 40% ของการเสียชีวิตทั้งหมดในแต่ละปี ความซับซ้อนของโรคเหล่านี้จำเป็นต้องมีแนวทางใหม่ในการพัฒนายาและการสร้างแบบจำลองโรค

วิธีการแบบดั้งเดิม เช่น แบบจำลองสัตว์ มักล้มเหลวในการทำนายการตอบสนองของมนุษย์อย่างแม่นยำ เนื่องจากความแตกต่างทางชีวภาพโดยธรรมชาติ แพลตฟอร์มไมโครฟลูอิดิกจัดการกับข้อจำกัดนี้ด้วยการเปิดใช้งานการสร้าง ในหลอดทดลอง แบบจำลองที่จำลองสภาพทางสรีรวิทยาของหัวใจมนุษย์อย่างใกล้ชิด

ไมโครฟลูอิดิกส์เกี่ยวข้องกับการจัดการปริมาตรของเหลวขนาดเล็กที่ระดับจุลภาค ช่วยให้สามารถควบคุมสภาพแวดล้อมของเซลล์ได้อย่างแม่นยำ เทคโนโลยีนี้ได้พัฒนาแบบจำลองอวัยวะบนชิปขั้นสูงซึ่งจำลองสภาพไดนามิกของเนื้อเยื่อของมนุษย์ รวมถึงหัวใจด้วย ซึ่งเป็นเซลล์ที่หดตัวของหัวใจ มีการตอบสนองสูงต่อสภาพแวดล้อมระดับจุลภาค โดยการทำงานของพวกมันได้รับอิทธิพลจากสิ่งเร้าทางกลและไฟฟ้า

การศึกษาที่เน้นในการทบทวนนี้

มีงานวิจัยหลายชิ้นที่ใช้แพลตฟอร์มไมโครฟลูอิดิกเพื่อตรวจสอบพฤติกรรมของคาร์ดิโอไมโอไซต์ วิธีหนึ่งเกี่ยวข้องกับห้องไมโครฟลูอิดิกที่ออกแบบมาสำหรับการสังเกตการหดตัวของคาร์ดิโอไมโอไซต์และสัญญาณอิเล็กโทรสรีรวิทยาแบบเรียลไทม์ ห้องเหล่านี้รักษาสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม ช่วยให้สามารถควบคุมอัตราการไหลและสิ่งเร้าทางกลได้อย่างแม่นยำ เทคโนโลยีการตรวจจับต่างๆ ถูกรวมเข้าด้วยกัน รวมถึงวิธีการทางแสงสำหรับการวัดการหดตัวและเทคนิคทางอิเล็กโทรสรีรวิทยา เช่น การหนีบแพทช์ และการบันทึกศักย์ไฟฟ้าของสนาม

วิธีการมองเห็นใช้การวิเคราะห์วิดีโอและรูปภาพเพื่อติดตามการหดตัวของประชากรคาร์ดิโอไมโอไซต์ โดยให้ข้อมูลเกี่ยวกับแรงหดตัวและความถี่ นอกจากนี้ เซ็นเซอร์แบบคานยื่นยังใช้ในการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของแรงที่กระทำโดยการหดตัวของคาร์ดิโอไมโอไซต์ ซึ่งช่วยให้สามารถวัดปริมาณของความแข็งแรงในการหดตัวเพื่อตอบสนองต่อสารทางเภสัชวิทยา

การวัดทางไฟฟ้า รวมถึงการบันทึกศักยภาพของสนามและศักยภาพในการดำเนินการ จะช่วยเสริมการประเมินทางกล ศักย์ไฟฟ้าของสนามสะท้อนถึงกิจกรรมทางไฟฟ้าโดยรวมของประชากรคาร์ดิโอไมโอไซต์ ในขณะที่ศักย์ไฟฟ้าในการดำเนินการจะให้ข้อมูลเชิงลึกโดยละเอียดเกี่ยวกับพฤติกรรมของเซลล์แต่ละเซลล์ การรวมตัวชี้วัดทางไฟฟ้าและทางกลภายในแพลตฟอร์มไมโครฟลูอิดิก นำเสนอมุมมองที่ครอบคลุมของการทำงานของคาร์ดิโอไมโอไซต์ ช่วยให้นักวิจัยสามารถประเมินผลกระทบของยาและสิ่งเร้าต่อการทำงานของหัวใจ

ผลลัพธ์และการสนทนา

แพลตฟอร์มไมโครฟลูอิดิกให้ข้อมูลหลายพารามิเตอร์ที่มีปริมาณงานสูง ซึ่งจำเป็นสำหรับการศึกษาผลกระทบของยาต่อการทำงานของหัวใจ ระบบเหล่านี้จำลองการตอบสนองทางสรีรวิทยาของคาร์ดิโอไมโอไซต์ต่อสิ่งเร้าภายนอกอย่างมีประสิทธิภาพ รวมถึงการรักษาด้วยยา โดยให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีคุณค่าเกี่ยวกับพฤติกรรมของหัวใจ

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของแพลตฟอร์มไมโครฟลูอิดิกคือความสามารถในการรักษาสภาพแวดล้อมที่มั่นคงสำหรับการเพาะเลี้ยงคาร์ดิโอไมโอไซต์ในระยะยาว ช่วยให้สามารถศึกษาผลของยาเรื้อรังและกลไกการเกิดโรคได้เป็นระยะเวลานาน ระบบเหล่านี้ยังสามารถปรับแต่งตามความต้องการในการทดลองเฉพาะได้ ช่วยให้สามารถควบคุมพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อัตราการไหล ความเค้นเฉือน และการยืดเชิงกลได้อย่างแม่นยำ

แม้จะมีข้อดี แต่เทคโนโลยีไมโครฟลูอิดิกในปัจจุบันก็ต้องเผชิญกับความท้าทาย ปัญหาต่างๆ เช่น ความสามารถในการปรับขนาด ความสามารถในการทำซ้ำ และความซับซ้อนของการผลิตอุปกรณ์ถือเป็นอุปสรรคสำคัญ จำเป็นต้องมีนวัตกรรมเพิ่มเติมในการออกแบบและวัสดุไมโครฟลูอิดิก เพื่อปรับปรุงการทำงานและขยายการใช้งานในการวิจัยโรคหัวใจและหลอดเลือด นอกจากนี้ แม้ว่าแพลตฟอร์มไมโครฟลูอิดิกจะเลียนแบบสภาวะทางสรีรวิทยาอย่างใกล้ชิด แต่ก็มีการตรวจสอบเพิ่มเติมด้วย มีชีวิตอยู่ แบบจำลองมีความจำเป็นเพื่อยืนยันความน่าเชื่อถือและความแม่นยำในการคาดการณ์

บทสรุป

แพลตฟอร์มไมโครฟลูอิดิกแสดงถึงความก้าวหน้าที่สำคัญในการวิจัยคาร์ดิโอไมโอไซต์ ให้การควบคุมสภาพแวดล้อมจุลภาคของเซลล์ได้อย่างแม่นยำ และช่วยให้สามารถบูรณาการเทคนิคการวัดที่หลากหลายได้ เทคโนโลยีเหล่านี้ช่วยเพิ่มความแม่นยำของ ในหลอดทดลอง แบบจำลองซึ่งเป็นเครื่องมืออันทรงคุณค่าในการทำความเข้าใจชีววิทยาของหัวใจและการตอบสนองต่อยา

การพัฒนาอย่างต่อเนื่องในสาขานี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการจัดการกับความท้าทายที่เกิดจากโรคหลอดเลือดหัวใจ โดยมีศักยภาพในการเชื่อมช่องว่างระหว่างการวิจัยในห้องปฏิบัติการและการประยุกต์ใช้ทางคลินิก การใช้แพลตฟอร์มไมโครฟลูอิดิกในแนวทางการแพทย์เฉพาะบุคคล ตอกย้ำถึงความสำคัญในการปรับปรุงกลยุทธ์การรักษาโรคหัวใจ

อ้างอิงวารสาร

วัง ว. และคณะ (2025). แพลตฟอร์มไมโครฟลูอิดิกสำหรับติดตามกิจกรรมทางเครื่องกลไฟฟ้าของคาร์ดิโอไมโอไซต์ ไมโครซิสเต็มส์และวิศวกรรมนาโน– ดอย: 10.1038/s41378-024-00751-z,