器官晶片
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器官晶片(英语:organ-on-a-chip, OOC) ,是一种多通道3D微流控晶片,以细胞培养,模拟器官或系统的活动、力学和生理反应,也是一种人工器官。 [1][2] 它是一个重要的生物医学工程的研究主题。芯片上的实验室(LOCs)和细胞生物学的融合允许在特定器官的背景下研究人类生理学,引入体外多细胞人类生物体的新模型。有望在未来改变在药物开发和毒理测试中对动物的需求。
尽管有多份出版物声称已将器官功能转化到这个器官芯片上,但这些应用仍处于起步阶段。芯片上的器官在不同的研究者之间的设计和方法有很多不同。因此,这些系统的验证和优化将是一个漫长的过程。已经被器官芯片模拟的器官包括大脑、肺、心脏、肾、肝、前列腺、血管(动脉)、皮肤、骨骼、软骨等。
单器官芯片
编辑肝芯片
编辑肝脏芯片装置利用微流控技术,通过模仿涉及肝脏功能的复杂肝叶来模拟肝脏系统。[3] 肝芯片设备提供了一个良好的模型,帮助研究人员以相对较低的成本研究肝脏的功能障碍和发病机制。研究人员使用原代大鼠肝细胞和其他非瓣膜细胞。[4][5] 这种共培养方法被广泛研究,并被证明有利于延长肝细胞的生存时间,支持肝脏特定功能的发挥。许多肝脏芯片系统是由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成的,根据特定的设计和目标,有多个通道和腔室。 PDMS被使用并变得流行,因为它的原材料价格相对较低,而且它也容易被塑造成微流体装置。[6] 但是PDMS可以吸收重要的信号分子,包括蛋白质和激素。其他更惰性的材料,如聚砜或聚碳酸酯,也被用于肝脏芯片。[3]
肺芯片
编辑肠道芯片
编辑人类肠道芯片包含两个微通道,被肠道上皮细胞内衬的柔性多孔细胞外基质(ECM)涂层膜所隔开。[7][8] Caco-2细胞是在其母体细胞--人类结肠腺癌--的自发分化下培养的,代表了肠道的保护和吸收特性模型。 [23] 微通道由聚二甲基硅氧烷(PDMS)聚合物制成。 通过在主细胞通道双层两侧的真空室中诱导吸力,形成拉伸和放松的循环机械应变,以模仿肠道行为。[8] 此外,细胞经历自发的绒毛形态发生和分化,这概括了肠道细胞的特征。在三维绒毛支架下,细胞不仅增殖,而且代谢活动也得到加强。肠道中另一个重要角色是微生物,即肠道微生物群。肠道微生物群中的许多微生物物种是严格的厌氧菌。为了将这些不耐氧的厌氧菌与有利于氧的肠道细胞共同培养,设计了一个聚砜制造的肠道芯片。[9] 该系统维持了结肠上皮细胞、类鹅卵石细胞和细菌Faecalibacterium prausnitzii、Eubacterium rectale和Bacteroides thetaiotaomicron共同培养。[9]
肾脏芯片
编辑心脏芯片
编辑大脑芯片
编辑前列腺芯片
编辑血管芯片
编辑多器官芯片
编辑参考
编辑- ^ Moyer MW. Organs-on-a-chip for faster drug development.. Scientific American. March 2011, 304 (3): 19 [2022-07-29]. PMID 21438480. doi:10.1038/scientificamerican0311-19a. (原始内容存档于2020-11-12).
- ^ 模拟人类器官的芯片,能加速新冠药物的研发吗. 品玩. [2022-07-29]. (原始内容存档于2022-07-29).
- ^ 3.0 3.1 Domansky, Karel; Inman, Walker; Serdy, James; Dash, Ajit; Lim, Matthew H. M.; Griffith, Linda G. Perfused multiwell plate for 3D liver tissue engineering. Lab Chip. 2010, 10 (1). ISSN 1473-0197. PMC 3972823 . PMID 20024050. doi:10.1039/B913221J (英语).
- ^ Kane, Bartholomew J.; Zinner, Michael J.; Yarmush, Martin L.; Toner, Mehmet. Liver-Specific Functional Studies in a Microfluidic Array of Primary Mammalian Hepatocytes. Analytical Chemistry. 2006-07-01, 78 (13) [2022-09-10]. ISSN 0003-2700. doi:10.1021/ac051856v. (原始内容存档于2023-02-19) (英语).
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- ^ Armani, D.; Liu, C.; Aluru, N. Re-configurable fluid circuits by PDMS elastomer micromachining. Technical Digest. IEEE International MEMS 99 Conference. Twelfth IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (Cat. No.99CH36291). 1999-01 [2022-09-10]. doi:10.1109/MEMSYS.1999.746817. (原始内容存档于2022-10-31).
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- ^ 9.0 9.1 Zhang, Jianbo; Huang, Yu-Ja; Yoon, Jun Young; Kemmitt, John; Wright, Charles; Schneider, Kirsten; Sphabmixay, Pierre; Hernandez-Gordillo, Victor; Holcomb, Steven J.; Bhushan, Brij; Rohatgi, Gar. Primary Human Colonic Mucosal Barrier Crosstalk with Super Oxygen-Sensitive Faecalibacterium prausnitzii in Continuous Culture. Med. 2021-01, 2 (1) [2022-09-10]. PMC 7839961 . PMID 33511375. doi:10.1016/j.medj.2020.07.001. (原始内容存档于2022-06-15) (英语).
外部链接
编辑- UK Organ-on-a-Chip Technologies Network
- EU H2020 Project (ORCHID) grant agreement No 766884, Organ-on-Chip in development (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- hDMT (页面存档备份,存于互联网档案馆) human organ and disease model technologies: pre-competitive non-profit, organ-on-chip research consortium, based in the Netherlands, aims for open access dissemination of research and data.