供稿人:毛茅，賀健康 發(fā)布日期：2017-06-10
器官芯片（Organ-on-Chips）是一種在微流控芯片上制造出能夠模擬人類(lèi)器官的主要功能的仿生系統(tǒng)。除了具有微流控技術(shù)微型化、集成化、低消耗的特點(diǎn)外，器官芯片技術(shù)能夠精確地控制多個(gè)系統(tǒng)參數(shù)，如化學(xué)濃度梯度、流體剪切力、以及構(gòu)建細(xì)胞圖形化培養(yǎng)、組織-組織界面與器官-器官相互作用等，從而模擬人體器官的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、微環(huán)境和生理學(xué)功能。
近日，哈佛大學(xué)Wyss生物工程研究所的研究人員制造出了首個(gè)完整的帶集成傳感系統(tǒng)的3D打印芯片上的器官。該3D打印芯片上的器官是通過(guò)一個(gè)完全自動(dòng)化、數(shù)字化的制造過(guò)程打造的，能夠自定義其尺寸、形狀和其它物理屬性，而且能夠很快制造出來(lái)，使研究人員能夠在培養(yǎng)過(guò)程中有更多的次數(shù)輕松地收集可靠的數(shù)據(jù)。該研究發(fā)表在《Nature Materials》雜志中。
圖1. 集成傳感系統(tǒng)的心臟器官芯片設(shè)計(jì)
圖2.心臟器官芯片的多材料3D打印制造
以往的器官芯片的制備和數(shù)據(jù)收集過(guò)程相當(dāng)昂貴和辛苦，需要使用一種復(fù)雜的多步驟光刻工藝在潔凈室里制造，而數(shù)據(jù)收集往往需要顯微鏡或高速照相機(jī)。而哈佛大學(xué)開(kāi)發(fā)的這種新型可編程的構(gòu)建芯片上的器官的方法能夠輕松地通過(guò)集成傳感系統(tǒng)更改和自定義系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)也大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集。在芯片制造中3D打印專(zhuān)用油墨起到了關(guān)鍵作用，哈佛大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了6種不同的油墨，這些油墨可以將軟應(yīng)變傳感器集成到組織的微結(jié)構(gòu)當(dāng)中。在打印托盤(pán)上有多個(gè)白色盒子，每一個(gè)盒子里面都有單獨(dú)的組織和集成的傳感器，研究人員可以在一次打印中就打印出多種不同的芯片器官。
圖3. 細(xì)胞種植后的多孔心臟器官芯片
Wyss研究所目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出能夠模擬心臟、肌肉、舌頭、肺、腸、腎、骨髓的微結(jié)構(gòu)和功能的器官芯片，而該技術(shù)將為體外組織工程、毒理學(xué)和藥物篩選研究開(kāi)辟一條新的途徑。