器官芯片：颠覆药物研发流程的“尖刀技术”！(8)

肺中的气体交换由肺泡来调节，要在体外复制这一功能则是个不小的挑战，而微流控技术可以通过精确的流体流动和持续的气体交换建立体外肺模型和肺病理。目前的研究主要集中在气道机械压力的调节、血屏障（BBB）、以及剪切力对病理生理过程的影响等方面。

图 | 肺芯片（来源：Qirui Wu, Jinfeng Liu et al., Organonachip: recent breakthroughs and future prospects, BioMedical Engineering OnLine, 2020）
Huh 等人制作了一个芯片上的肺模型，使用软光刻技术将芯片划分为带有细胞外基质（ECM）的 10 μm PDMS 膜分隔的区域。PDMS 上部区域有肺泡上皮细胞，下部区域含有人肺微血管内皮细胞，从而模拟肺泡-毛细血管屏障。膜的结构在真空下改变，以模拟呼吸时肺泡的扩张/收缩。炎症刺激通过中性粒细胞传入系统，中性粒细胞通过液体通道，这样通过白细胞介素 -2 （IL-2）的引入产生了肺水肿的病理模型，突出了器官芯片模型在改善体内检测的电流方面的实用性。2015 年，Stucki 等人报道了一种模拟肺实质的肺芯片，该系统包括一个肺泡屏障和模拟呼吸的 3D 循环应变，是第一个模拟呼吸的弹性膜膨胀模型。
肝芯片
肝脏系统是代谢药物和毒素的主要部位，其由一系列复杂的肝小叶组成，这些小叶赋予了多细胞功能交流。在一段较长的时间内，维持肝细胞的生理机能十分具有挑战性。Kane 等人设计了第一个基于肝脏的系统，该系统由微流控孔组成，其中 3T3-J2 成纤维细胞和大鼠肝细胞共同培养，以模拟气道界面，在芯片中培养的大鼠肝细胞可以持续稳定地合成白蛋白并进行代谢；Lee 等人设计了一种反映内皮细胞和培养的原代肝细胞间质结构的芯片，在间隙外灌注培养基。这种通透的内皮缝隙将肝细胞以索状结构分离，使其与外正弦区分离，同时保持有效的物质交换。Ho 等人利用径向电场梯度进行电泳，将细胞分布到圆形聚二甲基硅氧烷（PDMS）芯片上，这些新技术模拟了肝小叶的结构。