器官芯片汇总

据麦姆斯咨询报道，从跳动的心脏到会呼吸的肺，器官芯片已经成为人类生物学研究中最热门的新兴工具之一。尽管与人体部位相比，这些器件可能更接近计算机组件，科学家们已经为所有器官创建了工作模型，包括肝脏、肺，甚至是女性生殖系统。研究人员希望使用这些器件来模拟疾病并促进药物开发。哈佛大学Wyss生物启发工程研究所主任Donald Ingber向《科学家》杂志表示，"我认为对大多数人来说，共同目标是以更有效的方式取代动物实验并展开个性化医疗。"小型肺

一款具有充满气体（黄色）和中等填充血样（蓝色）通道的肺泡芯片，内部均排列了人体细胞，以模仿器官功能据麦姆斯咨询介绍，Wyss研究所的科学家们已经开发出15种不同的人体器官芯片。研究所开发的第一款器官芯片是肺器官芯片，是一款透明、U盘大小拥有两条通道的器件，空气填充的上层通道排列有肺泡上皮细胞，下层通道排列有血管细胞，含有白细胞的溶液会从通道中流过。为了更接近地模拟人类生物学，研究人员利用真空使主通道内的中空管变形，借此来模拟呼吸运动。"研究团队在芯片上的创新基于我的研究，结果显示，对于组织开发、维护和功能而言，机械外力和化学、基因学一样重要，"Ingber指出，"这款肺泡芯片能够为模拟正常器官的生理水平和疾病，发掘物理力的重要性，寻找新的治疗靶点，更甚至研发出新型药物，提供原理论证。"Ingber及其同事也将机械外力引入了其它器官芯片，例如模拟肠蠕动运动的肠道芯片，以及模拟血管脉冲的肾脏芯片。

呼吸道芯片上的人体支气管上皮图像特写，粘液转运纤毛（粉红色）从上皮细胞（蓝绿色）伸出到充满空气的管腔研究团队的最新发明之一是气道芯片，除了被取代的肺泡细胞，该器件类似于最初的肺芯片，芯片上排列着人体支气管上皮细胞。研究团队利用这些芯片模拟慢性阻塞性肺气肿疾病及哮喘。他们也使用这些器件研究吸烟对支气管上皮细胞的影响，这些器件会被连到一台能够点燃香烟并呼出烟雾，类似人类吸烟行为的机器。创建血脑屏障

神经血管单元（Illustration of the NeuroVascular Unit, NVU）芯片图例，这是一款人类血脑屏障模型。多孔膜分离了大脑建模腔室和代表周围血管系统的腔室据麦姆斯咨询报道，来自范德堡大学（Vanderbilt University）的生物医学工程师John Wikswo及其带领的团队已经创造出一款能够研究大脑和血脑屏障的芯片。Wikswo writes在采访邮件中告诉《科学家》杂志，"我们之所以选择研究人体神经血管单元，是因为皮质神经元和保护它们的血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）之间的相互作用极其重要，因此把它称为神经血管单元。"人体神经血管单元芯片由一个微型腔体构成，该微型腔体通过一个多孔膜分隔出一个代表大脑的腔室以及一个代表周围血管系统的腔室。芯片上含有来自人体的皮层神经元、微血管内皮细胞、星形胶质细胞和血管周围细胞。根据Wikswo的说法，这种组织结构"使我们能够研究神经元和其它细胞对通过血脑屏障传递出来的药物和炎症信号的代谢反应"。该团队已经将神经血管单元芯片纳入一系列应用，例如调查疾病状态并研究炎症对疾病的影响。目前，该团队也正在启动一个新项目，利用这项技术帮助制药行业进行药物测试。跳动的心脏

芯片上实验小白鼠心脏组织的显微图像，心肌细胞（红色）、细胞核（蓝色）和肌动蛋白（绿色）据麦姆斯咨询报道，Megan McCain是南加州大学（University of Southern California）生物医学工程的一名教授，致力于心脏芯片的研究，橡皮擦尺寸大小的器件内可以容纳活的、跳动的心脏细胞。创建该器件的第一步是从患者身上提取皮肤细胞并将其重新编程成干细胞，之后将其培养成心肌细胞。第二步是将这些细胞放在通过生物工程制成的芯片表面上，从而创建心脏的自然环境。McCain指出，"我们感兴趣的关键指标是力的生成。"2014年，当时还供职于Wyss研究所的McCain使用心脏芯片模拟了巴氏症候群（Barth syndrome），这是一种罕见的，与心肌减弱有关的遗传性疾病。目前，她的团队正致力于使用心脏芯片研究其它疾病。McCain告诉《科学家》杂志，"建立疾病模型是我认为心脏芯片所能发挥的最大作用，尤其是遗传性疾病。即使我们给出基因剔除鼠模型，我们也无法捕获人体疾病的方方面面。"仿真眼

拥有微流控通道（黄色）的眼睛芯片，能够将营养物质带给位于圆形支架中心的细胞。该团队还开发了一个微工程眼睑，能够在芯片上模拟眨眼曾经在Ingber实验室学习的博士后，来自宾西法尼亚大学（University of