芯片,，作為高科技產(chǎn)品的唯一“大腦”，肩負著指揮運行,、讀取數(shù)據(jù)等重要責任,，我們現(xiàn)有的手機、電腦,、數(shù)控裝備都離不開它的支撐,。但你知道嗎？芯片不僅可以用在這些高科技產(chǎn)品上,，還能作為人體器官再造的一種載體,。那么到底如何應(yīng)用的呢？下面再生醫(yī)學網(wǎng)就為您推送一條相關(guān)資訊,。

人體器官芯片是近幾年發(fā)展起來的一門前沿生物科技,，也是生物技術(shù)中極具特色和活力的新興領(lǐng)域，融合了物理,、化學,、生物學、醫(yī)學,、材料學,、工程學和微機電等多個學科,，被譽為“十大新興技術(shù)”之一。近日,，中國科學院大連化學物理研究所秦建華研究員團隊利用該技術(shù),，設(shè)計研發(fā)了一種新型多層微流體芯片裝置，在一塊硬幣大小的塑料芯片上培養(yǎng)出的人體多能干細胞,，不僅具有很好的生物相容性,，還可衍生出與體內(nèi)高度仿真的胰島類器官。

據(jù)悉,，該芯片上培育出的類器官首次具有了類似人體內(nèi)胰島組織的功能,。它不僅包含類似人體內(nèi)的多種胰島細胞類型，還具有良好的胰島素分泌和對葡萄糖的刺激響應(yīng),。日前,，該研究成果已作為封面文章發(fā)表在英國《芯片實驗室》雜志上,。

芯片上的胰島類器官有了“活性”

隨著人口老齡化與生活方式的變化,，我國已成為糖尿病發(fā)病人數(shù)最多的國家，給患者,、社會和家庭帶來巨大負擔,。由于糖尿病發(fā)病機制較為復(fù)雜，其臨床表現(xiàn)多為血糖升高并伴發(fā)心血管疾病和腎功能衰竭等多種并發(fā)癥,，主要病理改變?yōu)橐葝u素分泌缺陷或胰島功能進行性損害,。特別是I型糖尿病，由于自身不能產(chǎn)生胰島素,，通常需要終生使用胰島素治療,。

糖尿病治療技術(shù)雖不斷創(chuàng)新，但胰島損傷修復(fù)與重建一直是國際研究領(lǐng)域的難點,。體外重建胰島類器官對于糖尿病機制研究,、胰島移植治療和藥物研發(fā)等具有重要意義。

作為首例將器官芯片技術(shù)引入到干細胞類器官,，從而孕育出胰島類器官芯片的創(chuàng)新研究,，秦建華團隊將干細胞自組裝原理與生物工程方法相結(jié)合，在具有多層可灌流的微流體器官芯片上實現(xiàn)了人體多能干細胞的內(nèi)胚層誘導(dǎo)分化,、3D細胞培養(yǎng),、胰島組織發(fā)育與類器官形成等過程，最終產(chǎn)生具有功能性的“仿生”胰島類器官,。

研究發(fā)現(xiàn),，芯片內(nèi)胰島培養(yǎng)環(huán)境中的機械流體因素對促進類器官的發(fā)育、功能成熟和維持非常有利,?！霸隗w外構(gòu)建胰島類器官與體內(nèi)環(huán)境存在較大差異,，如何獲得適宜的體外培養(yǎng)環(huán)境是難點和關(guān)鍵?！鼻亟ㄈA告訴科技日報記者,。

為解決這一難題，他們從類器官芯片的仿生設(shè)計制備入手,，通過在體外模擬組織器官生長所需的復(fù)雜微環(huán)境,，如生物流體、力學刺激,、細胞間作用和生化因子濃度等,，形成有利于指導(dǎo)干細胞定向分化生長和類器官形態(tài)發(fā)生的條件。

據(jù)介紹,，在器官芯片內(nèi)施加的生物力學因素,，不僅有利于類器官形成中的營養(yǎng)物質(zhì)交換，還會促進類器官的血管形成和成熟,，這將為體外制造具有關(guān)鍵功能的重要組織器官提供一種新的策略和思路,。

芯片上孕育出系列“迷你”類器官

近年來，秦建華團隊一直致力于人體器官芯片與生物醫(yī)學交叉學科研究,，以使這些“迷你”類器官模型和高科技生物技術(shù)能夠貼近人們生活,，改善人類生命健康。目前,，團隊已創(chuàng)新性建立了一系列“仿生”器官芯片體系,，成功培育出腦、肝,、心臟等多種人體重要類器官,，并嘗試用于生命早期的環(huán)境暴露和藥物測試等研究。

大量人群研究發(fā)現(xiàn),，在妊娠期間,，暴露病原體、藥物和環(huán)境污染物等是導(dǎo)致流產(chǎn)或胎兒大腦發(fā)育異常的重要因素,，并和成年期重大慢性疾病如糖尿病,、心血管疾病等易感性有關(guān)，但至今仍缺乏合適的體外模型來支撐相關(guān)領(lǐng)域深入研究,。

經(jīng)過前期大量試驗,，研究團隊利用器官芯片技術(shù)來模擬腦內(nèi)動態(tài)微環(huán)境，培育出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)功能的腦類器官,。這些由干細胞衍生的腦類器官可以再現(xiàn)人腦早期發(fā)育的過程,，包括特定神經(jīng)元、不同腦區(qū)和皮層結(jié)構(gòu)的分化特點等，還可用來探討不同環(huán)境因素暴露對胎兒腦發(fā)育的影響,。研究中還發(fā)現(xiàn),，酒精、尼古丁和重金屬鎘等可影響人神經(jīng)前體細胞的分化,，誘發(fā)不同腦區(qū)及皮層的發(fā)育異常,，并有可能對胎兒腦發(fā)育產(chǎn)生不良后果。這些研究為腦疾病藥物開發(fā)等提供了新的模型,。

此外,，他們還設(shè)計研發(fā)了一種肝類器官芯片裝置，并通過陣列可灌流的芯片生成大量的功能化微型肝類器官,。這些類器官包含肝細胞和膽管細胞,，具有類似人體肝臟的白蛋白和尿素分泌功能，以及對特定藥物的毒性反應(yīng),，可進一步用于構(gòu)建肝臟疾病模型,、移植試驗和藥物篩選等方面。

秦建華透露,，后續(xù)的研究中,，團隊還將融合多學科交叉方法與協(xié)同策略，進一步提升這些類器官的生物學功能,，甚至研究不同器官間的相互作用,，解決類器官構(gòu)建中的關(guān)鍵瓶頸問題，以期在體外獲得結(jié)構(gòu)功能更為“仿真”的人體3D器官模型,，為生命醫(yī)學研究、組織器官再造和藥物研發(fā)等提供全新策略和平臺,。

再生醫(yī)學網(wǎng)認為,，這些器官芯片不僅將大大減少動物實驗成本，還為新藥的研發(fā)提供助力,。