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    器官芯片,是一種基于微加工技術的的微流體器件。近年來其在體外器官模型領域受到了廣泛的研究。由于它可能采用微流體技術在物理和化學方面模擬體外環境,因此可以通過器官芯片來維持細胞功能和形態,并模擬器官間的相互作用。

     

    近日,來自日本東海大學(Tokai University)和東京大學的研究人員發表了一篇綜述文章,詳細闡述了微流體系統、器官芯片、身體芯片技術的背景和研究現狀,同時指出了它們在模擬器官、組織功能和藥物開發中面臨的問題和挑戰,相關文章發表在《Drug Metabolism and Pharmacokinetics》雜志上,題為"Organ/body-on-a-chip based on microfluidic technology for drug discovery"。
     

     
    雖然動物實驗對于藥物發現過程中的臨床前篩選是必不可少的,但諸如倫理考慮和物種差異等各種問題仍然存在。為了解決這些問題,利用人類來源的細胞進行的細胞檢測一直都在積極進行當中。然而,這些方法在準確預測藥物的療效、毒性和器官間的相互作用方面仍然存在問題,因為在常規的體外細胞培養體系中培養的細胞往往不能保留它們原有的器官功能和形態。

     

    然而器官芯片技術的出現,在很大程度上解決了這些問題,因此在近年來備受關注。到目前為止,各種器官的功能肺、肝、腎、腸等組織已作為體外模型被復制,出現了肺芯片、肝臟芯片、腎臟芯片、腸道芯片,這些芯片都可以在一定程度上模擬真實器官的狀態和環境,因此可以用于藥物的初步篩選。
     
     

    各種器官芯片

     

    由于人體是由具有多種生理功能的器官和組織構成,是一種復雜的系統,因此科學家們在器官芯片的基礎上,通過整合多個器官芯片于一體,提出了所謂的身體芯片。這種芯片包含多個器官芯片,可以用于研究不同給藥方式后相關的藥物代謝動力學(包括藥物吸收、分布、外排和代謝等),獲得的數據可用于創造預測藥物療效的數學模型。

     

    問題與挑戰

     

    值得注意的是,現有的這些器官芯片或者身體芯片還無法直接替代藥物開發過程中的動物實驗,因為這不僅涉及評估多種生化反應的成像技術,還涉及到在芯片中同時進行生化分析。目前器官/身體芯片操作的復雜性嚴重影響了芯片的通量和普適性,這可能是器官/身體芯片廣泛應用的障礙。此外,細胞的來源也是一個關鍵的生物學問題,目前常用的永生細胞主要來源于癌細胞,已經失去了源器官的功能,而人源化原代細胞的來源和費用都是障礙。iPS來源的人細胞也許可以解決這些問題,使器官芯片/身體芯片更接近實際應用。

     

    總的來說,作者在這篇綜述文章中總結了器官/身體芯片的研究現狀和面臨的障礙。考慮到藥企知道問題在哪里,但不知道怎么構建芯片;而工程師熟悉芯片構建,卻不知道這些芯片如何解決問題,作者最后指出要推動這種技術的進一步應用,需要醫學、藥學、生物學和工程學等領域的研究人員的緊密合作。

     

     

     


     

     

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