2016十大新興技術(shù): 在芯片上模擬人體活器官來(lái)源

      除了在好萊塢電影里，你不可能在生物實(shí)驗(yàn)室中看到漂浮在器皿中的人體活器官。體外維持器官活性的技術(shù)難題暫且不提，可用于移植的活體器官過(guò)于珍貴，是不可能在實(shí)驗(yàn)中使用的。
      但是，許多重要的生物研究和藥物試驗(yàn)只能通過(guò)研究正常運(yùn)行的器官才可進(jìn)行。一種新技術(shù)可以滿足這一需求。該技術(shù)能夠在微芯片上生長(zhǎng)具有正常功能的微型人體器官。
2010年，哈佛大學(xué)懷斯研究所 (the Wyss Institute)的 Donald Ingber 研發(fā)了世界上款芯片肺。如 Emulate 一類的商業(yè)公司紛紛跟進(jìn)。Emulate 的領(lǐng)導(dǎo)人是 Ingber 以及其他來(lái)自懷斯研究所的人。這類公司正在與業(yè)界的研究人員以及政府機(jī)構(gòu)開(kāi)展合作，如美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局（DARPA）等。
      到目前為止，有許多團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，他們成功地制造出了肺、肝臟、腎臟、心臟、骨髓和眼角膜的微型模型。接下來(lái)肯定還能做出更多種類的微型器官。
      每個(gè)芯片器官大約只有一個(gè)usb閃存那么大。它是用一種柔性半透明高分子制造的。芯片上還有排列模式十分復(fù)雜的微流體管，它們的直徑小于1毫米，并與取自器官的人體細(xì)胞并排放置。
      當(dāng)養(yǎng)分、血液和試驗(yàn)化合物（如實(shí)驗(yàn)藥物）被泵入微流體管中時(shí)，細(xì)胞會(huì)重現(xiàn)活體器官的一些關(guān)鍵功能。
      芯片上微室的排列方式能夠模擬某種器官組織的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，比如微小的肺泡。通過(guò)管道的氣體能夠十分逼真地模擬人體呼吸時(shí)的情形。
      與此同時(shí)，帶有細(xì)菌的血液也通過(guò)其他微流體管泵入?？茖W(xué)家可以觀察細(xì)胞如何對(duì)感染做出反應(yīng)，而這個(gè)過(guò)程不會(huì)給任何人帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。這種技術(shù)使科學(xué)家能夠觀察前所未見(jiàn)的生物機(jī)制和生理行為。
      器官微芯片也能助力新藥研發(fā)公司。這種技術(shù)媲美真人體器官的本領(lǐng)能夠讓這些公司為候選藥物進(jìn)行更加真實(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)試。比如去年，有一個(gè)團(tuán)隊(duì)就曾用器官微芯片模擬內(nèi)分泌細(xì)胞向血流中分泌激素的過(guò)程，他們還用這個(gè)技術(shù)對(duì)一種糖尿病藥物進(jìn)行了關(guān)鍵的測(cè)試。
      其他團(tuán)隊(duì)也在探索芯片器官在醫(yī)療中的用處。原則上講，這些微芯片能夠用患者的自體干細(xì)胞建造，然后可以用這些微芯片來(lái)識(shí)別對(duì)這個(gè)人而言更可能有效的個(gè)性化療法。
有理由相信，迷你器官能夠極大地降低制藥工業(yè)在測(cè)試化合物時(shí)對(duì)動(dòng)物試驗(yàn)的依賴。每年，數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的動(dòng)物因此而犧牲，而動(dòng)物試驗(yàn)本身也引起了很大的爭(zhēng)議。
      不考慮倫理問(wèn)題，動(dòng)物試驗(yàn)也是種極大的浪費(fèi)。因?yàn)閯?dòng)物試驗(yàn)很少能可靠地體現(xiàn)人體對(duì)同種藥物的反應(yīng)。在迷你人體器官上進(jìn)行的測(cè)試，效果要比動(dòng)物試驗(yàn)好得多。
      從事軍事和生物防御的研究者看到了芯片器官的另一種拯救生命的潛能。模擬肺以及其他類似的設(shè)備是一大進(jìn)步，它們能夠讓人們更好地測(cè)試肺部對(duì)生物、化學(xué)或是放射性武器的反應(yīng)。此前，因?yàn)閭惱韱?wèn)題我們無(wú)法進(jìn)行這方面的研究。