2016十大新兴技术——在芯片上模拟人体活器官
作者：未知 来源：未知 2016-09-11 03:53
作者：未知 来源：未知 2016-09-11 03:53
时间: 2016年08月03日 | 作者: Nayef Al-Rodhan | 来源: 环球科学
微型器官能够让科学家用前所未有的方式研究器官的生理机制和行为，这为药物的研发带来了新机会
除了在好莱坞电影里，你不可能在生物实验室中看到漂浮在器皿中的人体活器官。体外维持器官活性的技术难题暂且不提，可用于移植的活体器官过于珍贵，是不可能在实验中使用的。
但是，许多重要的生物研究和药物试验只能通过研究正常运行的器官才可进行。一种新技术可以满足这一需求。该技术能够在微芯片上生长具有正常功能的微型人体器官。
2010年，哈佛大学怀斯研究所 (the Wyss Institute)的 Donald Ingber 研发了世界上第一款芯片肺。如Emulate 一类的商业公司纷纷跟进。Emulate 的领导人是 Ingber 以及其他来自怀斯研究所的人。这类公司正在与业界的研究人员以及政府机构开展合作，如美国国防部先进研究项目局（DARPA）等。
到目前为止，有许多团队报告称，他们成功地制造出了肺、肝脏、肾脏、心脏、骨髓和眼角膜的微型模型。接下来肯定还能做出更多种类的微型器官。
每个芯片器官大约只有一个usb闪存那么大。它是用一种柔性半透明高分子制造的。芯片上还有排列模式十分复杂的微流体管，它们的直径小于1毫米，并与取自器官的人体细胞并排放置。
当养分、血液和试验化合物（如实验药物）被泵入微流体管中时，细胞会重现活体器官的一些关键功能。
芯片上微室的排列方式能够模拟某种器官组织的独特结构，比如微小的肺泡。通过管道的气体能够十分逼真地模拟人体呼吸时的情形。
与此同时，带有细菌的血液也通过其他微流体管泵入。科学家可以观察细胞如何对感染做出反应，而这个过程不会给任何人带来风险。这种技术使科学家能够观察前所未见的生物机制和生理行为。
器官微芯片也能助力新药研发公司。这种技术媲美真人体器官的本领能够让这些公司为候选药物进行更加真实、准确的测试。比如去年，有一个团队就曾用器官微芯片模拟内分泌细胞向血流中分泌激素的过程，他们还用这个技术对一种糖尿病药物进行了关键的测试。
其他团队也在探索芯片器官在精准医疗中的用处。原则上讲，这些微芯片能够用患者的自体干细胞建造，然后可以用这些微芯片来识别对这个人而言更可能有效的个性化疗法。
有理由相信，迷你器官能够极大地降低制药工业在测试化合物时对动物试验的依赖。每年，数以百万计的动物因此而牺牲，而动物试验本身也引起了很大的争议。
不考虑伦理问题，动物试验也是种极大的浪费。因为动物试验很少能可靠地体现人体对同种药物的反应。在迷你人体器官上进行的测试，效果要比动物试验好得多。
从事军事和生物防御的研究者看到了芯片器官的另一种拯救生命的潜能。模拟肺以及其他类似的设备是一大进步，它们能够让人们更好地测试肺部对生物、化学或是放射性武器的反应。此前，因为伦理问题我们无法进行这方面的研究。
撰文 Nayef Al-Rodhan
翻译 徐寒易
原文链接：
http://www.scientificamerican.com/article/organs-on-chips-allow-new-views-of-human-biology/
除了在好莱坞电影里，你不可能在生物实验室中看到漂浮在器皿中的人体活器官。体外维持器官活性的技术难题暂且不提，可用于移植的活体器官过于珍贵，是不可能在实验中使用的。
但是，许多重要的生物研究和药物试验只能通过研究正常运行的器官才可进行。一种新技术可以满足这一需求。该技术能够在微芯片上生长具有正常功能的微型人体器官。
2010年，哈佛大学怀斯研究所 (the Wyss Institute)的 Donald Ingber 研发了世界上第一款芯片肺。如Emulate 一类的商业公司纷纷跟进。Emulate 的领导人是 Ingber 以及其他来自怀斯研究所的人。这类公司正在与业界的研究人员以及政府机构开展合作，如美国国防部先进研究项目局（DARPA）等。
到目前为止，有许多团队报告称，他们成功地制造出了肺、肝脏、肾脏、心脏、骨髓和眼角膜的微型模型。接下来肯定还能做出更多种类的微型器官。
每个芯片器官大约只有一个usb闪存那么大。它是用一种柔性半透明高分子制造的。芯片上还有排列模式十分复杂的微流体管，它们的直径小于1毫米，并与取自器官的人体细胞并排放置。
当养分、血液和试验化合物（如实验药物）被泵入微流体管中时，细胞会重现活体器官的一些关键功能。
芯片上微室的排列方式能够模拟某种器官组织的独特结构，比如微小的肺泡。通过管道的气体能够十分逼真地模拟人体呼吸时的情形。
与此同时，带有细菌的血液也通过其他微流体管泵入。科学家可以观察细胞如何对感染做出反应，而这个过程不会给任何人带来风险。这种技术使科学家能够观察前所未见的生物机制和生理行为。
器官微芯片也能助力新药研发公司。这种技术媲美真人体器官的本领能够让这些公司为候选药物进行更加真实、准确的测试。比如去年，有一个团队就曾用器官微芯片模拟内分泌细胞向血流中分泌激素的过程，他们还用这个技术对一种糖尿病药物进行了关键的测试。
其他团队也在探索芯片器官在精准医疗中的用处。原则上讲，这些微芯片能够用患者的自体干细胞建造，然后可以用这些微芯片来识别对这个人而言更可能有效的个性化疗法。
有理由相信，迷你器官能够极大地降低制药工业在测试化合物时对动物试验的依赖。每年，数以百万计的动物因此而牺牲，而动物试验本身也引起了很大的争议。
不考虑伦理问题，动物试验也是种极大的浪费。因为动物试验很少能可靠地体现人体对同种药物的反应。在迷你人体器官上进行的测试，效果要比动物试验好得多。
从事军事和生物防御的研究者看到了芯片器官的另一种拯救生命的潜能。模拟肺以及其他类似的设备是一大进步，它们能够让人们更好地测试肺部对生物、化学或是放射性武器的反应。此前，因为伦理问题我们无法进行这方面的研究。
撰文 Nayef Al-Rodhan
翻译 徐寒易
原文链接：
http://www.scientificamerican.com/article/organs-on-chips-allow-new-views-of-human-biology/