搜狐科学 | 芯片上可以长器官啦!心脏、肝脏、肺……应有尽有

原标题:搜狐科学 | 芯片上可以长器官啦!心脏、肝脏、肺……应有尽有

文 / 管颜青 编 / 袁月

【搜狐健康】你知道么?器官也可以“种”在芯片上,用于预测人体对药物或外界不同刺激产生的反应。

上个月,中科院大连化学物理所研究员秦建华团队利用器官芯片技术培育人胰岛类器官取得新进展,相关成果在《Lab on a chip》上发表,并被选为封面文章。这不禁引发人们好奇,芯片也能培育器官?这到底是什么黑科技?

实际上,除了胰岛组织外,“大脑芯片”、“心脏芯片”、“肺芯片”、“肝脏芯片”、“血管芯片”等研究都已经取得了重要进展,这些小小的芯片上都可以构建出一个个简化的人体器官。今天小编就和你说说“器官芯片”这回事。

神奇的器官芯片技术

“器官芯片”这个概念由来已久,它集物理,化学,生物,医学,材料科学,工程和微机电于一体,在2016年就被达沃斯论坛列为“十大新兴技术”之一。

根据维基百科介绍,“器官芯片”是一种多通道三维微流体细胞培养芯片,它以微流控芯片为核心,通过与细胞生物学、生物材料和工程学等多种方法相结合,可以在体外模拟构建人体不同组织器官的主要结构功能特征与复杂的器官间的联系。

目前,大多数片上器官模型只能够培养一种细胞类型,主要利用患者来源干细胞,实现诱导多能干细胞来源器官模型的工程化构建,从而实现个体化的疾病风险预测、药物药效评价、毒理评估和预后分析。

也就是说,这种特殊的芯片可以作为人体器官重建的载体,不仅可以作为对药物反应的预测,还可以减少实验动物的数量。有科学家推测,人体器官芯片的最终形式将拥有10种以上的器官类型,包括肝、肠、心、肾、脑、肺,以及生殖系统、免疫系统、血管系统和皮肤等,甚至最终可以得到一个“芯片上的人”。

用于疾病的精准诊断和治疗

美国食品药品监督管理局(FDA)的调查显示,每种新药的研发周期平均长达10年,费用约为5亿—10亿美元;而约92%的药物经动物实验证实安全有效之后,在临床人体试验中失败。

为了避免出现新药研发领域高投入、高风险和低产出的尴尬局面,越来越多的研究人员希望借助“器官芯片”技术,寻找到疾病的精准诊断和治疗方法。

目前,已有的“器官芯片”类型主要包括以下几种:

胰岛芯片:秦建华团队将器官芯片技术引入到干细胞类器官,从而孕育出胰岛类器官芯片的创新研究,实现了人体多能干细胞的内胚层诱导分化、3D细胞培养、胰岛组织发育与类器官形成等过程,最终产生具有功能性的“仿生”胰岛类器官,可用于糖尿病发病机制的研究。

脑芯片:美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家和工程师开发出了脑芯片,该设备通过记录沉积在微电极阵列上的多种类型脑细胞的神经活动来模拟中枢神经系统,旨在测试和预测生物和化学制剂、药物对大脑的影响,不需要人类或动物受试者。

肝脏芯片:来自哈佛和麻省理工等机构的科学家团队通过人类细胞的培养从而制造出肝脏芯片,这个芯片的特殊之处不仅仅在于使用的是人类的细胞,还在于拥有匹配的血管结构,可以给组织细胞输送营养。目前,美国FDA已开始对肝脏芯片进行测试评估。这项新型检测将会帮助有关机构确定,某些公司在申请批准某些被证明有毒的化合物(比如食品添加剂)时,该公司是否能够利用芯片数据来代替动物毒理学实验的数据。此后,FDA将会逐渐将评估推进到肾脏芯片、肺脏芯片以及肠道模型芯片等。

肾脏芯片:美国华盛顿大学的研究人员已研发出信用卡大小的芯片装置,它包含布满人类肾细胞的微反应腔,可以用细胞模拟肾脏的一部分,当液体药物或毒素被注入该装置时,它们将模拟肾脏的表现。研究人员表示,这能够帮助找到预防或治疗肾脏疾病的办法。

心脏芯片:东南大学的研究团队受变色龙“变色”机制启发,用心肌细胞和水凝胶开发出一种新材料,可用于构建可变色的“心脏芯片”,通过芯片颜色变化来监测心脏搏动。

肺芯片:在动物体内研究肺部组织具有相当大的困难,因为这个器官持续地受到许多外力的影响,比如呼吸。2010 年,美国哈佛大学研究人员首次在芯片中模拟了气管表皮细胞的微环境,模拟出肺泡的功能。研究人员表示“肺芯片”可望应用于检验新药效果以及人体肺部毒素影响。

除此之外,还有肠道芯片、血管芯片、肿瘤芯片、胎盘芯片、人眼芯片等。小编相信,在不久的将来,你还可以使用自己的细胞,培养出独一无二专属的器官芯片,从而寻找到最适合你自己的治疗方案。

参考资料

https://www.universityofcalifornia.edu/news/human-chip-could-replace-animal-testing

https://www.asme.org/topics-resources/content/7-human-organs-one-chip

https://www.technologynetworks.com/drug-discovery/articles/organs-on-chips-applications-challenges-and-the-future-288031

https://en.wikipedia.org/wiki/Organ-on-a-chip

返回搜狐,查看更多

责任编辑:

声明:该文观点仅代表作者本人,搜狐号系信息发布平台,搜狐仅提供信息存储空间服务。
免费获取
今日搜狐热点
今日推荐