哈佛科學家3D打印出集成了傳感系統(tǒng)的芯片上器官

近日，哈佛大學Wyss生物工程研究所和哈佛John A. Paulson工程和應用科學院的研究人員制造出了完整的帶集成傳感系統(tǒng)的3D打印芯片上的器官（Organ-on-a-Chip）。據(jù)悉，該3D打印芯片上的器官是通過一個完全自動化、數(shù)字化的制造過程打造的，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，使研究人員能夠在培養(yǎng)過程中有更多的次數(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。

“這種新型可編程的構建芯片上的器官的方法使我們能夠輕松地通過集成傳感系統(tǒng)更改和自定義系統(tǒng)的設計，同時也大大簡化了數(shù)據(jù)采集?！盝ohan Ulrik Lind博士說，他是論文的作者和SEAS、Wyss研究所的博士后研究員。
“我們的微加工方法為體外組織工程、毒理學和藥物篩選研究開辟了新的途徑。”該研究的合著者Kit Parker補充說。
據(jù)天工社所知，芯片上的器官可以模擬自然組織的功能與結構，已經成為傳統(tǒng)動物實驗的一個很有前途的替代解決方案。Wyss研究所的研究團隊在Parker &Wyss創(chuàng)始主任和核心教員Donald Ingber博士的領導下已經開發(fā)出能夠模擬心臟、肌肉、舌頭、肺、腸、腎、骨髓的微結構和功能的器官芯片。

不過，針對芯片上的器官的制備和數(shù)據(jù)收集過程相當昂貴和辛苦。目前，這些設備都需要使用一種復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。
“我們的方針通過數(shù)字化制造同時解決這兩個挑戰(zhàn)?！盩ravis Busbee說，他是該項目的研究人員之一?！巴ㄟ^為多材料3D打印開發(fā)新的可打印油墨，我們得以自動化制造流程，同時增加了設備的復雜性?！?
據(jù)悉，研究人員們開發(fā)了6種不同的油墨，這些油墨可以將軟應變傳感器集成到組織的微結構當中。通過一個連續(xù)的單一過程，該團隊將這些材料3D打印進了一個帶集成傳感器的心臟微生理裝置——也就是芯片上的心臟。
“我們正在通過在打印的裝置中開發(fā)和集成多種功能性材料推動3D打印技術的發(fā)展?！盝ennifer Lewis博士說，她是全球3D打印研究領域的權威以及Hansj?rg Wyss生物工程教授，也是該研究的合著者。“這項研究有力地證明了我們的平臺是如何能夠被用于打造功能齊全、帶檢測裝置的芯片以用于藥物篩選和疾病建模檢測的芯片的強大示范"。

這些芯片包含了多個“井（Well）”，每個都有單獨的組織和集成的傳感器，可以讓研究人員一次研究多個設計的心肌組織。為了展示設備的效能，科學家們用它進行了藥物研究和設計的心肌組織收縮應力的長期漸變研究，這些漸變會在幾個星期里出現(xiàn)。
“由于缺乏一種簡單、非入侵的方式來衡量組織的功能表現(xiàn)，當在心肌發(fā)育和成熟的過程中出現(xiàn)漸變的時候，研究人員往往只能在黑暗中摸索?！盠ind說：“這些集成的傳感器可以讓研究人員在組織成熟和改善其收縮力的過程種連續(xù)不斷地收集數(shù)據(jù)。同樣地，他們也能夠研究組織暴露在毒素之下的漸變性影響?！?
（編譯自3Ders.org）