【48812】小小器官芯片大有可为

　　在微流控技能、细胞生物学和生物工程的最新研讨效果的推进下，科学家们现已成功地研制出了“器官芯片”，这是一种立异的技能，经过微流控技能和生物工程的结合，可以在细小的芯片中再现人体器官的功用，为生物医学研讨和临床医治带来了新的或许性。器官芯片怎么经过微流控技能再现人体器官的功用？器官芯片在药物测验和疾病研讨中的运用有哪些优势和局限性？个性化医疗怎么经过器官芯片技能完成？

　　器官芯片由塑料或玻璃构成，表面上刻了很多的“小通道”和“小房间”，能在微观尺度上再现人体器官和安排的功用、物理化学环境、生物进程等。

　　在芯片的通道和腔室中培育人类细胞，既能具有实在器官的功用，又便于展开活体内没办法完成的调查丈量。

　　器官芯片研制效果将有广泛运用：个性化护理、剖析杂乱生物进程、调查细胞宣布的生物信号等。

　　在微流控技能、细胞生物学、生物工程的最新研讨效果加持下，科学家们已成功研制出了“器官芯片”，将杂乱的人体器官机能在多米诺骨牌巨细的芯片中再现。

　　器官芯片由塑料或玻璃构成，表面上刻了很多的“小通道”和“小房间”，各类细胞在其间生长、相互作用，在微观尺度上再现人体器官和安排的功用、物理化学环境和生理进程。芯片的特别架构，使其能模仿器官内的血压、细胞相互作用，以及物质交流安排（肺、肠、肾安排等）中液体循环速度等要素。

　　输入了人类细胞的器官芯片可以充任“试验田”，测验机械应力、药物等要素对大型器官的直接影响。

　　巴黎归纳理工大学生物学讲师、光学和生物科学试验室研讨员Cédric Bouzigue正在开发用来医治严峻肾脏疾病的器官芯片。他笑称：“我的作业便是进行微米等级的管道工程。”他规划的微流体体系“具有与实在器官类似的三维几许结构，其间的生物信号和物质循环可以人为操控。”当时他正在开发芯片上的肾脏模型，在体外再现肾脏过滤血液，构成尿液的进程。

　　Bouzigue以为，器官芯片在理论上归于“抱负设备”，由于它既具有实在器官的功用，又便于展开活体内没办法完成的调查丈量。同一份器官芯片上可以一同进行多项定量剖析试验，一起检测多个细胞宣布的信号物质、多种活性物质的药效，更方便地调整试验条件，可谓是“事半功倍”。事实上，“事半功倍”也是Bouzigue的作品《惊人的化学（Étonnante chimie）》（CNRS出版社，2021年）傍边的一个章节名。

　　器官芯片仍是一项展开中的技能，尚不能替代生物试验室里惯例运用的动物模型和微生物培育。Bouzigues 指出：“器官芯片的杂乱程度依然较低，不足以在试验中彻底替代动物模型。”

　　可即使是测验新药的成效和毒性的临床前动物试验，也无法全方面模仿人类身体安排的功用。美国食物和药物管理局在最近的一份陈述中指出，经过动物试验的药物有十分之九会在人体临床试验阶段失利。现在还没有更安全的新药测验流程，但器官芯片能加快和促进新疗法从试验室到临床的转化。Bouzigues 说：“可以先在芯片上验证某些假定，然后再在活体模型上进行试验。”

　　巴黎归纳理工学院光学与生物科学试验室正在与巴黎心血管研讨中心协作，联合开发测验微芯片上的肾小球模型。肾小球是肾脏的过滤单元。“肾小球肾炎和节段性或局灶性玻璃样变是稀有的肾脏炎症，不进行肾脏移植会丧命。”

　　注：左上，肾小球示意图，粉色部分为毛细血管，褐色部分为尿液生成处，赤色和蓝色为过滤膜的组成细胞（赤色：肾小球内皮细胞，蓝色：足细胞）。右上，器官芯片上单个微体系示意图，含有两个腔室，由膜（灰色）分隔；三种细胞共同在芯片上构成“肾小球”。左下，器官芯片微体系实物图（图源：M. Mauviel LOB）。右下，三种类型的细胞（从下到上：壁细胞、足细胞、血管肾小球内皮细胞）的共聚集荧光显微成像，符号有特定的分解蛋白（绿色、赤色和蓝色）。

　　为此，研讨人员规划了一种芯片上的肾小球体系，再现病理产生展开的要害机制。“芯片体系的每个根本单元由两个腔室组成——尿液腔室和血管腔室——由肾小球壁细胞构成的膜离隔。”经过光学成像设备，研讨人能在分子和细胞水平上调查芯片中产生的改变，特别是当注入致病的活性分子时。

　　器官芯片蕴含着许多或许性。有朝一日，或许能使用器官芯片精准剖析每个患者的病理和基因特征，然后为其量身定做医疗设备，还能为每个患者独自测验药物反响，然后供给真实个性化的医治。

　　国际各地都在展开器官芯片研讨，包含血管芯片（用于研讨高血压）、肠芯片、肾芯片、肺芯片等。芯片一般用高聚物制成，例如聚二甲基硅氧烷。在这种资料上刻通道，可以到达很高的精度，生物相容性也杰出，但耐久性欠佳，所以暂时不适合研讨展开缓慢的疾病。

　　器官芯片的展开仍在起步阶段，面对多重应战，但这一技能正逐渐被基础研讨和临床试验组织接收，有望明显加深学界对杂乱生物进程的了解。

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