在2014年9月，实验生物医学的年度主题专门探讨微生理系统的生物医学，并介绍由美国国家卫生研究院（NIH）的共同基金资助的转译科学推动中心（NCATS）科学家所执行的研究成果。美国国防部研究计划推动局（DARPA）和美国食品和药物管理局（FDA）也一同参予计划之执行。美国食品药品管理局国家毒理学研究中心主任，威廉史力克二世博士评论道：“目标是十年内完成这个‘人体晶片’──类似1960年代人类登陆月球之壮举，目前看来似乎不可行，但是我相信从生理/毒理学模拟人体反应之观点来看，确实是有可能的；即使最终不如预期，大量的基础生物学和生理学之整合利用也将使我们对于人类健康和疾病过程更甚了解”。
来自美国国立卫生研究院（US National Institutes of Health）的Rosemarie Hunziker表示，由于器官的这些特性，实验室内创造一个具有生理功能的器官难如登天。幸运的是，组织工程学家们似乎找到了突破口。为了解决器官的复杂性问题，他们采用多种方法来制造组织。一种方法是将细胞接种到芯片大小的简化器官模型上，然后将这些模型联系起来，观测器官之间如何相互作用。另一种制造方法是通过培养细胞的自组装能力，重现真实的器官发育过程，加深研究者们对器官发育的理解。
2015年5月11日，来自哈佛大学等研究机构的一组研究人员利用合成干细胞成功制备器官芯片，从而实现了器官在体外生长，模拟了病变组织的生长情况。这是科学家首次成功模拟人类组织患病的研究。该研究的成功使得人类在个性化医疗方面前进一大步。哈佛大学（Harvard University）韦斯生物工程研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）的主任因格贝尔博士Donald Ingber表示，器官芯片多为透明，以便对细胞进行高分辨率、实时的成像。肝、肾、肺、小肠、脂肪、肌肉和血脑屏障等芯片都在研发中。这些芯片并非我们常见的电脑芯片，而是源自成人皮肤细胞的微型网络，它会在一个极小的、类似管道的塑料内庭(plastic chamber)上培育，然后胶合到一块显微镜载片上。这项研究的目的，是为了找到一种了解人体组织存活的方法，然后模拟真实人类器官功能。
加州大学伯克利分校的研究人员也在探索这一领域。他们尝试在一块小芯片上面使用人类诱导多能干细胞“培育”人类器官组织，如心脏和肺。这些成年干细胞能被诱导回到胚胎状态，而后被引导形成许多不同类型的组织。在器官芯片中使用这类干细胞会让一个设备更有可能代表单个病人——你也可以叫它“芯片病人”。在这种情况下所有微型器官会来自同一个人，然后可以在这个设备上展开测试，看看怎样的药物和剂量组合对这名病人的疗效最好。北卡罗来纳大学和RTI International的研究人员合作开发出一种生物芯片能够帮助科学家在芯片上模拟研究呼吸系统疾病，这一芯片的准确性甚至超过了动物模型实验。这种生物芯片是由呼吸道粘膜细胞、间质成纤维细胞以及血管内皮细胞三层构成，同时这三层细胞被纳米孔膜相互分离开来以达到模拟肺部组织的不同层次结构的目的。
柏林科技大学生物技术研究所和德雷斯顿研究所（Dresden-based Institute）的研究人员合作，共同设计了一种新的解决方案——多器官芯片，以惊人的准确性复制了人体复杂的代谢过程。研究人员表示，他们是按照1：100,000的比例复制人类机体结构：各种器官的细胞位于芯片内的不同位置，而这些“微型器官”通过细小管道彼此连接。一个微型泵会持续通过这些微通道为各处“器官”输送液体细胞培养液，模拟人体的血液循环系统。CN Bio公司隶属与牛津大学，现在的办公地点设在韦林花园城。“量子-B”研制目的就是为了帮助研究人员找到一种治疗乙肝的方法，乙肝是感染乙肝病毒而导致的疾病。器官芯片不含有完整的器官，只不过是克隆了相关器官的几个细胞。CN Bio公司制造的肝脏芯片使用了微型支架来支撑肝细胞，这些肝细胞的主人因为多种原因，不能进行肝移植；这种技术是CN Bio公司和麻省理工的琳达·格里菲思的研发团队共同研究的成果。
大部分器官芯片使用聚合物这样的合成材料制造。此类材料制造的器官芯片可能是透明的，可以使用显微镜来观察细胞情况。（一些器官芯片使用光蚀工艺制造，与制造电脑芯片的工艺类似，这也是器官芯片的名称由来。）器官芯片采用人体细胞培养，结构十分精细。只要具备合适的条件，培养的人体细胞能自然地生长，如同在人体内一样，并且这些细胞的反应也和在人体内一样。一种被称为微流体的技术被用来向器官芯片里的细胞提供营养，该技术采用微型管道，向细胞注入与血液成分类似的液体。
目前很多实验室仍不具备制造器官芯片的能力。已有数个实验室通过成立公司的方式将这些器官模型商品化。因格贝尔博士成立的Emulate公司，开发基于器官芯片的、高通量的药物筛选和毒性测试系统。由麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）的Sangeeta Bhatia共同创立的Medford公司，则通过精确细胞接种位置来制造更仿真的肝脏芯片。这些公司的产品都主要针对药物筛选。而由美国弗吉尼亚大学（University of Virginia）的两位科学家成立的HemoShear Therapeutics公司则主攻器官建模系统，其中包括模拟组织中血流的系统。
动物实验在现代医学与生物学中占据了极为重要的位置，但是经费以及动物伦理也成了难以回避的问题。美国国家卫生研究院报道30%以上的人类临床试验因为药物在人体作用方式和动物不同而失败。美国国防部高级研究计划局是美国国防部的一个研发机构，正在研究将十种器官细胞整合到一个芯片上。 “芯片人”项目要求科学家制造10个不同的器官芯片，将它们连接在一起，模仿人体，同时设计一种能自动控制流体流动并进行分析的软件。或者未来的某一天我们可以将一大堆“器官芯片”组装到一起，创造出一个完整“芯片人”？
因格贝尔博士和桑耶塔·巴蒂亚的发表在《自然生物技术》上的技术观点，器官芯片还有几个难题有待解决。采用朔料材料制造的器官芯片还需进一步改善，因为朔料材料会吸收某些特定混合物，包括某些药物，对测试结果产生影响。对于那些连接在一起的器官芯片，研究人员表示：必须找到“一种通用血液替代品”，该“血液替代品”必须是一种单一培养基，能为所有器官组织提供养分，具备和血液一样的功能。要完全停止所有级别的大规模动物实验，器官细胞技术还得有十年的时间才能达到。一些生物医药机构可能还没适应使用器官芯片，他们表示人体的免疫反应是复杂的，例如药物对神经系统的影响。随着器官芯片技术的改进和研究人员对器官芯片有了更好的了解，保守的监控机构会获得足够信心来采用器官芯片技术来替代部分动物实验。
来源:看中国
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