器官芯片：颠覆药物研发流程的“尖刀技术”！(4)

其中，一种较为典型的器官芯片就是包含单种或多种的实质细胞/类器官并具有血管微通道，这些微通道由多孔 ECM 涂层膜隔开，膜的一侧是器官特异性上皮细胞，另一侧是基质细胞，例如内皮细胞、成纤维细胞或免疫细胞，从而实现组织界面重建。
在这些细胞膜的任一表面培养出的细胞均会沉积其自身的基底膜，该基底膜跨过大量的孔，这些孔足够大，以使细胞能够通过相邻组织的 ECM 延伸过程，并与之形成直接接触。这些设备也可能十分灵活，其包含中空的侧腔室，通过循环吸力，可以有节奏地拉伸和放松器官型组织界面，从而模仿器官相关的机械线索，并复制空气-液体界面、流体流动和相关的生理方面重要的剪切应力。
器官芯片与 2D 系统对比
与传统 2D 静态细胞培养方式相比，器官芯片平台的一大关键优势是能够控制细胞和特定组织结构，以模拟化学梯度和生物力学，从而能够精确控制生物化学和细胞环境，模拟在体内的环境和反应，并在功能性人体组织和器官环境中对活体人体细胞的生化、遗传和代谢活动进行高分辨率、实时成像和体外分析。
此外，器官芯片还具备组织血管化及灌注能力，包括自组装内皮细胞形成灌注腔，或使用微流控通道作为工程血管系统，将营养物质和流体输送到培养室内的细胞；其还能够纳入实时组织功能传感器，如微电极或光学显微镜标记物，例如，荧光生物标记物，从而可以监测细胞的健康状态及动态活动。

图 | 2D 与 3D 系统的主要特征对比（来源：Lucie A. Low, Christine Mummery et al., Organs-on-chips: into the next decade, Nature Reviews, 2020，络绎知图整理）
另外，芯片上的器官也比传统的动物试验更具成本效益。
尽管动物模型在理解生理学和疾病以及开发新药等方面都做出了巨大的贡献，但研究人员早已意识到动物和人类研究之间频繁出现的不一致性，并且这种方式耗费的成本极为高昂，据有关报道，根据不同的试验长度和复杂性，动物试验的费用约为 6,500-800,000 美元，并且这些数字还未计入动物研究机构为饲养多种动物而承担的饲养费用。