体外生理病理系统及类器官模型的不断发展为生物工程领域的相关应用提供了具有高度生理相关性的体外研究平台。血管系统是人体不可或缺的重要组成，除了作为运输氧气、养分以及代谢废物的通道，还通过各种方式参与人 体内绝大多数的生理病理过程。很多时候体外微生理系统也需要血管系统的参与 来实现相关的功能，以类器官为例，缺少功能性的血管系统是业界公认的制约类 器官技术进一步发展的难题。

研究组聚焦于血管生成的底层机制，构建相应微流控平台深入探索多种生化与力学因素对于血管系统生成及维持的影响，并以此为指导开发相应的技术手段，促进体外血管系统（尤其是具有器官特异性的血管系统）稳定、高效、可靠的形成，并进一步探索具有高度生理相关性的血管化微生理病理模型（包括血管化类器官）的构建并拓展其应用。研究组还致力于开发可靠的多能干细胞分化方案，构建具有病人特异性的血管化模型，为药物筛选、相关生理病理过程机制探索、人体胚胎及组织发育等相关研究提供理想的研究平台。课题组负责人具有力学、工程学、生物学等多学科交叉背景，在血管系统的体外构建及应用方面有丰硕的研究成果，共发表学术论文14篇，其中以第一作者（含共同）在 Advanced Functional Materials，Biomaterials 等杂志发表论文8篇，并拥有1项美国发明专利。

图1. 胞间流体促进血管系统形成

图2. 将功能性血管引入类器官模型

图3. 血管化肝脏类器官与外部毛细血管网连接

研究内容和目标:
研究组聚焦于血管网络的体外构建及应用，主要研究方向：
1. 构建相应的微流控平台，系统性研究力学因素对于血管生成与维持的影响。
2. 多种具有器官特异性血管网络的构建及应用。
3. 优化干细胞-内皮细胞分化方案，构建病人特异性的血管网络模型及其相关应用。
4. 类器官模型的血管化。

代表性发表论文:

1. Zhang S*, Wan Z*, Pavlou G, Zhong AX, Xu L, Kamm RD. Interstitial Flow Promotes the Formation of Functional Microvascular Networks In Vitro through Upregulation of Matrix Metalloproteinase‐2. Advanced Functional Materials. (2022)
2. Hajal C*, Offeddu GS*, Shin Y*, Zhang S, Morozova O, Hickman D, Knutson CG, Kamm RD. Engineered human blood–brain barrier microfluidic model for vascular permeability analyses. Nature Protocols. (2022)
3. Wan Z*, Zhang S*, Zhong AX, Shelton SE, Campisi M, Sundararaman SK, Offeddu GS, Ko E, Ibrahim L, Coughlin MF, Liu T. A robust vasculogenic microfluidic model using human immortalized endothelial cells and Thy1 positive fibroblasts. Biomaterials. (2021)
4. Zhang S, Wan Z, Kamm RD. Vascularized organoids on a chip: strategies for engineering organoids with functional vasculature. Lab on a Chip. (2021)
5. Zhang S, Skinner D, Joshi P, Criado-Hidalgo E, Yeh YT, Lasheras JC, Caffrey CR, Del Alamo JC. Quantifying the mechanics of locomotion of the schistosome pathogen with respect to changes in its physical environment. Journal of the Royal Society Interface. (2019)
6. Zhang S, Guy RD, Lasheras JC, Del Alamo JC. Self-organized mechano-chemical dynamics in amoeboid locomotion of Physarum fragments. Journal of physics D: Applied physics. (2017)
7. Lewis OL*, Zhang S*, Guy RD, Del Alamo JC. Coordination of contractility, adhesion and flow in migrating Physarum amoebae. Journal of The Royal Society Interface. (2015)