本文來(lái)自微信公眾號(hào)陳述根本，作者/ 陳根
將器官芯片技術(shù)與類器官相整合而形成的“類器官芯片”技術(shù)，正在生物科學(xué)領(lǐng)域大放異彩。
類器官（Organoids），顧名思義，即指其類似于組織器官。
具體來(lái)說(shuō)，類器官是在體外用3D培養(yǎng)技術(shù)對(duì)干細(xì)胞或器官祖細(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)分化形成的在結(jié)構(gòu)和功能上都類似目標(biāo)器官或組織的三維細(xì)胞復(fù)合體，其具有穩(wěn)定的表型和遺傳學(xué)特征，能夠在體外長(zhǎng)期培養(yǎng)。
類器官可以在很大程度模擬目標(biāo)組織或器官的遺傳特征和表觀特征，在器官發(fā)育、精準(zhǔn)醫(yī)療、再生醫(yī)學(xué)、藥物篩選、基因編輯、疾病建模等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。早在2013年，類器官就被《科學(xué)》雜志評(píng)為年度十大技術(shù)；此外，類器官還被《自然·方法》評(píng)為2017年度方法。
不過(guò)，傳統(tǒng)的依賴于相繼加入生長(zhǎng)因子的3D培養(yǎng)技術(shù)培養(yǎng)哺乳動(dòng)物干細(xì)胞來(lái)形成類器官的方法仍然有其局限性，比如其對(duì)類器官及它們的局部環(huán)境的控制不夠精確，此外，該方法不能很好地復(fù)制器官發(fā)展過(guò)程中復(fù)雜又動(dòng)態(tài)的微環(huán)境，而這種微環(huán)境恰恰是器官形成的有利因素。
針對(duì)傳統(tǒng)培養(yǎng)技術(shù)的限制缺點(diǎn)，干細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域的專家聯(lián)合物理科學(xué)家和工程師們以期發(fā)展類器官研究中更先進(jìn)的體外技術(shù)，而目前處于該研究最前列的便是將器官芯片技術(shù)與類器官相整合而形成的“類器官芯片”技術(shù)。
顯然，和信息產(chǎn)業(yè)中的半導(dǎo)體芯片有很大不同，器官芯片強(qiáng)調(diào)的是在芯片上構(gòu)建的器官生理微系統(tǒng)。這種組織器官模型不僅可在體外接近真實(shí)地重現(xiàn)人體器官的生理、病理活動(dòng)，還可能使研究人員以前所未有的方式來(lái)見證和研究機(jī)體的各種生物學(xué)行為，預(yù)測(cè)人體對(duì)藥物或外界不同刺激產(chǎn)生的反應(yīng)。
可以說(shuō)，器官芯片在了解新藥靶標(biāo)的生物機(jī)制、為疾病的研究提供新的視角、預(yù)測(cè)新藥的有效性和安全性、探索物種的差異性和意外的臨床表現(xiàn)、減少動(dòng)物試驗(yàn)、個(gè)性化醫(yī)療的應(yīng)用等具有廣泛應(yīng)用價(jià)值。
進(jìn)入，由波士頓大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造就宣布創(chuàng)造了一個(gè)類心臟芯片，這個(gè)扁平的“心臟微型化精密單向微流控泵”（簡(jiǎn)稱miniPUMP）——尺寸僅為3平方厘米。類心臟芯片復(fù)制了真正的心臟心室（下腔）的功能，以與真實(shí)心臟泵血相同的方式將水泵入自身。
該設(shè)備由一個(gè)塑料底座組成，上面安裝了微小的3D打印的丙烯酸閥門、管道和實(shí)際的泵本身。該泵包含了一個(gè)由一系列連接的同心丙烯酸螺旋組成的支架。當(dāng)心肌細(xì)胞一致地膨脹和收縮時(shí)，靈活的支架也隨之移動(dòng)，通過(guò)miniPUMP泵送水。
心肌細(xì)胞可以從皮膚細(xì)胞、血細(xì)胞或幾乎任何其他類型的容易獲得的細(xì)胞開始獲得。這些細(xì)胞被重新編程為干細(xì)胞，然后促使其分化為心臟細(xì)胞。這意味著患者可以用自己的細(xì)胞制作miniPUMP，以了解不同的藥物可能對(duì)他們的心臟產(chǎn)生的具體影響。
當(dāng)然，人們夜希望有一天同樣的技術(shù)可以用來(lái)生產(chǎn)其他所謂的“芯片上的器官”設(shè)備，比如，肺和腎臟。
