器官芯片：颠覆药物研发流程的“尖刀技术”！(3)

器官芯片是由光学透明的塑料、玻璃或柔性聚合物，如聚二甲基硅氧烷（PDMS）等构成的微流控细胞培养设备，包括由活细胞组成的灌注空心微通道，通过体外重建组织水平和器官水平的结构和功能，在重现体内器官的生理和病理特征。之所以被称为“芯片”，是因为其最初采用的微制造方法是由计算机微芯片制造方法改编而成的。

图 | 临床前药物开发中的器官芯片平台（来源：Chao Ma, Yansong Peng et al., Organ-on-a-Chip: A New Paradigm for Drug Development, Trends in Pharmacological Sciences, 2020）
这种生理微系统或“组织芯片”，由多学科技术交叉汇聚而成，其主要基于微流控芯片，集合微加工、干细胞、材料和生物组织工程等技术，是在体外模拟构建的 3D 人体器官模型，包含多种活体细胞、功能组织界面、生物流体等，具有接近人体水平的生理功能，同时还能精确地控制多个系统参数，研究人员可以更加直观地研究机体行为，预测或再现药物、毒素、辐射、香烟烟雾、病原体和正常微生物组等给人体带来的影响，在生命科学研究、疾病模拟和新药研发及精准医疗等领域拥有广阔的发展前景。
所谓微流控芯片技术（Microfluidics），通常也被称为芯片实验室和微全分析系统，其是一种在尺寸为数十到数百微米的微管道处理或操纵微小流体的系统，涉及学科和技术十分广泛，包括生物医学工程、化学、新材料、流体物理等等，优点众多，例如能耗低、体积小、 反应速度快、即用即弃等等。
微流控设备可用于制造来自一种组织的细胞排列而成的单通道“组织芯片”，也可用于制造更复杂的器官芯片——结合了两种或者更多组织类型，这些组织可通过多孔 ECM 涂层膜直接进行接合，或由填充一种或多种微通道的 ECM 凝胶加以分离。让培养基流经血管内皮通道、实质通道均可以延长细胞的存活时间至数周到数个月不等。此外，当器官芯片主要通过内皮化血管通道的培养基获得支持时，培养基可被全血替代，培养时间至少可达数小时。