近日，机械工程学院吴梦希教授与杜克大学医院器官移植中心Jean Kwun教授、哈佛大学医学院Luke Lee教授、杜克大学机械工程与材料科学学院黄俊(Tony Jun Huang)教授等合作，在《自然·通讯》(Nature  Communications)发表题为“基于声流控的治疗性血液成分单采系统(Acoustofluidic-based therapeutic apheresis system)”的研究论文。

治疗性血液成分单采是指采集患者血液后，通过离心、过滤等分离方法对病理成分进行去除或置换，同时将正常血液成分回输并适当补充血液制剂或替代溶液，从而消除或降低血液中病理成分致病作用的一种临床治疗技术。该项技术已经在国内外得到了广泛的应用，成为诸多疾病的推荐治疗手段。

然而，治疗性血液成分单采技术尚未应用于早产儿、新生儿、低龄儿童等特殊人群，因其组织器官和免疫系统脆弱、血液总量和耐受失血量显著小于成人、对治疗手段和器械的精准程度要求更为苛刻。现有设备存在所需血液体积大、血流控制精度差、集成化水平低等局限，仅适用于成年患者，亟需开发一款微型化、精密化和一体化的血液分离处理平台，以填补治疗性血液成分单采技术在婴幼儿患者中应用的空白。

机械工程学院吴梦希教授团队在微流控技术及系统相关领域耕耘多年，与世界一流大学知名学者及医院资深医生长期合作开展医工交叉研究。为解决现有技术的局限性，开创性地提出基于声流控技术的治疗性血液成分单采系统。构建面积仅为数平方厘米的血液成分“微处理芯片”，利用声表面波驻波场操控血细胞的选择性定向运动，在微米级的流道内实现了血细胞和血浆的高效无损分离。开发在线血液循环、稳流和消泡装置，研发大小仅为28.0 cm×22.0 cm的桌面式设备，实现了治疗性血液成分单采系统的微型化和集成化。该系统一方面将治疗性血液成分单采的血液最低需求量由现有的170 mL左右减小到0.28 mL，降低了三个数量级；另一方面，在不损伤血液细胞和患者健康的前提下实现了高精度高效率的血液成分分离。

基于声流控技术的治疗性血液成分单采系统

研究团队开展了国际首例小鼠血浆置换治疗手术。血浆置换是治疗性血液成分单采技术的一项应用，用于消除血液中血浆包含的病理性成分以达到治疗目的。手术使用的小鼠模型血液总量仅为1~2 mL，对设备的要求更为严苛。在本研究中，小鼠首先接受了外源器官的移植，移植一周后检测其血浆中存在大量的特异性抗体，造成了严重的器官排异反应。随后研究团队利用基于声流控的治疗性血液成分单采系统，成功地将小鼠的一部分血浆置换为缓冲液。经检测，小鼠体内引起免疫排斥反应的抗体浓度大幅降低，从而有效缓解了器官排异反应，能够大幅提升器官移植的成功率。该实验结果一方面验证了基于声流控的治疗性血液成分单采系统的安全性和有效性，另一方面也为治疗器官移植排异反应提供了新的手段。

治疗性血液成分单采系统用于小鼠血浆置换，大幅降低引起免疫排斥反应的抗体浓度

本项研究利用声流控技术开发了首款集成、精密、微型的治疗性血液成分单采系统，将设备的血液需求量降低了三个数量级。针对婴幼儿等血液总量少、器官和免疫系统脆弱的特殊患者，本研究的成果有望为临床治疗提供可行的方案。此外，本研究开发的基于声流控的治疗性血液成分单采系统同样适用于动物模型，为生命科学及医学相关领域的研究开辟了新的方法，也将进一步推动治疗性血液成分单采技术的发展。

《自然·通讯》为《自然》（Nature）旗下综合领域知名度最高、影响力最大的子刊之一，致力于发表最高质量和最重大的研究成果。我校机械工程学院吴梦希教授与杜克大学博士生Ma Zhiteng为本论文的共同第一作者，大连理工大学为本论文的第一完成单位。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-50053-1