類器官芯片技術(shù)，作為類器官技術(shù)與器官芯片技術(shù)的結(jié)合，開辟了生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新領(lǐng)域。近日，來自中國科學(xué)院大連化物所的秦建華研究員等人在Life Medicine雜志上發(fā)表了《Advances in human organoids-on-chips in biomedical research》為題的綜述文章，并在這篇綜述中重點(diǎn)介紹了芯片類器官的特征和最新進(jìn)展及其在生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用，最后還討論了類器官芯片在新興領(lǐng)域中的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

大多數(shù)類器官依賴于在培養(yǎng)皿中動(dòng)物來源的3D基質(zhì)(通常是Matrigel)中干細(xì)胞的自組織。然而現(xiàn)存類器官模型的結(jié)構(gòu)、表型和細(xì)胞組成具有高度可變性，自組織的隨機(jī)過程也會(huì)導(dǎo)致微環(huán)境不受控制，且類器官缺乏多細(xì)胞或類器官-類器官相互作用，另外，類器官培養(yǎng)系統(tǒng)需要繁瑣的人工操作，分析通量低，可能阻礙其轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

為了將類器官與器官芯片技術(shù)優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，作者對(duì)一系列綜合策略進(jìn)行了討論：

灌注3D培養(yǎng)：通過設(shè)計(jì)特定的培養(yǎng)室和精確控制連續(xù)流量可實(shí)現(xiàn)類器官的灌注3D培養(yǎng)。已有研究證明了流體流動(dòng)在類器官發(fā)育中的重要作用。

組織微環(huán)境控制：在體內(nèi)，干細(xì)胞在規(guī)定的時(shí)間點(diǎn)暴露于外在形態(tài)發(fā)生或生長(zhǎng)因子以誘導(dǎo)分化和類器官形成。這些信號(hào)可以通過激活所需的發(fā)育信號(hào)通路來觸發(fā)類器官發(fā)生。類器官形態(tài)發(fā)生也受到外界微環(huán)境線索的緊密控制，包括生化因素(細(xì)胞因子、形態(tài)梯度)和物理因素(機(jī)械力、電信號(hào))。對(duì)于三維組織和器官，通過精確地時(shí)空控制生理微環(huán)境線索來提高類器官的生成是至關(guān)重要的。類器官芯片可以通過構(gòu)建形態(tài)梯度和提供各種模擬組織的機(jī)械刺激以控制組織生長(zhǎng)的微環(huán)境。

類器官血管化：在體內(nèi)，器官由分層的血管網(wǎng)絡(luò)組成，通過輸送足夠的營養(yǎng)和氧氣來保證器官的發(fā)育和成熟?；诖?，集成血管網(wǎng)絡(luò)的類器官芯片對(duì)于解決當(dāng)前類器官系統(tǒng)中養(yǎng)分?jǐn)U散受限和成熟度較低的問題是必要的。

組織間相互作用：器官的相互作用是器官發(fā)生所必需的。將多個(gè)類器官組合在一個(gè)系統(tǒng)中，對(duì)于概括系統(tǒng)組織間或器官間的通信至關(guān)重要，這對(duì)器官發(fā)育以及準(zhǔn)確的藥物和治療研究至關(guān)重要。器官芯片技術(shù)已顯示出通過靈活設(shè)計(jì)建立不同組織功能連接的前景。

高通量分析：為了實(shí)現(xiàn)類器官的充分利用，還需要分析來自類器官模型的多參數(shù)信號(hào)和多維信息，這是目前類器官系統(tǒng)所缺乏的。該功能讀出系統(tǒng)將有助于自動(dòng)控制類器官培養(yǎng)，更好地了解微環(huán)境參數(shù)對(duì)類器官發(fā)育的影響。集成多路生物傳感器，如氧傳感器和電子陣列，是潛在的解決方案。

接下來，作者回顧了在大腦、腸道、肝臟、多器官等領(lǐng)域類器官芯片的研究進(jìn)展，這些類器官芯片模型促進(jìn)了在可控干細(xì)胞微環(huán)境下具有更復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能的類器官的發(fā)展和成熟。此外，它們已初步應(yīng)用于器官發(fā)育、藥物試驗(yàn)和疾病建模，在生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域顯示出重要前景。

最后，作者對(duì)類器官芯片技術(shù)的未來進(jìn)行了展望。類器官芯片技術(shù)具有更高可重復(fù)性、更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和在受控制或多類器官相互作用條件下改善類器官的特點(diǎn)，解決了一部分現(xiàn)有類器官系統(tǒng)的局限性。未來，類器官芯片可以有效地與其他前沿技術(shù)（如基因編輯、人工智能等）集成，以進(jìn)一步提高類器官反應(yīng)人類生理過程的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

Yaqing Wang, Jianhua Qin, Advances in human organoids-on-chips in biomedical research, Life Medicine, 2023.

免責(zé)聲明：文章來源網(wǎng)絡(luò) 以傳播知識(shí)、有益學(xué)習(xí)和研究為宗旨。 轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系刪除。