器官芯片，是一種基于微加工技術(shù)的的微流體器件。近年來其在體外器官模型領(lǐng)域受到了廣泛的研究。由于它可能采用微流體技術(shù)在物理和化學(xué)方面模擬體外環(huán)境，因此可以通過器官芯片來維持細(xì)胞功能和形態(tài)，并模擬器官間的相互作用。
近日，來自日本東海大學(xué)（Tokai University）和東京大學(xué)的研究人員發(fā)表了一篇綜述文章，詳細(xì)闡述了微流體系統(tǒng)、器官芯片、身體芯片技術(shù)的背景和研究現(xiàn)狀，同時(shí)指出了它們在模擬器官、組織功能和藥物開發(fā)中面臨的問題和挑戰(zhàn)，相關(guān)文章發(fā)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(shí)驗(yàn)對于藥物發(fā)現(xiàn)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(xì)胞進(jìn)行的細(xì)胞檢測一直都在積極進(jìn)行當(dāng)中。然而，這些方法在準(zhǔn)確預(yù)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?yàn)樵诔Ｒ?guī)的體外細(xì)胞培養(yǎng)體系中培養(yǎng)的細(xì)胞往往不能保留它們原有的器官功能和形態(tài)。
然而器官芯片技術(shù)的出現(xiàn)，在很大程度上解決了這些問題，因此在近年來備受關(guān)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(fù)制，出現(xiàn)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(shí)器官的狀態(tài)和環(huán)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(gòu)成，是一種復(fù)雜的系統(tǒng)，因此科學(xué)家們在器官芯片的基礎(chǔ)上，通過整合多個(gè)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(gè)器官芯片，可以用于研究不同給藥方式后相關(guān)的藥物代謝動力學(xué)（包括藥物吸收、分布、外排和代謝等），獲得的數(shù)據(jù)可用于創(chuàng)造預(yù)測藥物療效的數(shù)學(xué)模型。
值得注意的是，現(xiàn)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(fā)過程中的動物實(shí)驗(yàn)，因?yàn)檫@不僅涉及評估多種生化反應(yīng)的成像技術(shù)，還涉及到在芯片中同時(shí)進(jìn)行生化分析。目前器官/身體芯片操作的復(fù)雜性嚴(yán)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(yīng)用的障礙。此外，細(xì)胞的來源也是一個(gè)關(guān)鍵的生物學(xué)問題，目前常用的永生細(xì)胞主要來源于癌細(xì)胞，已經(jīng)失去了源器官的功能，而人源化原代細(xì)胞的來源和費(fèi)用都是障礙。而iPS來源的人細(xì)胞也許可以解決這些問題，使器官芯片/身體芯片更接近實(shí)際應(yīng)用。
總的來說，作者在這篇綜述文章中總結(jié)了器官/身體芯片的研究現(xiàn)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(gòu)建芯片；而工程師熟悉芯片構(gòu)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(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用，需要醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、生物學(xué)和工程學(xué)等領(lǐng)域的研究人員的緊密合作。
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