器官晶片
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器官晶片（英語：organ-on-a-chip, OOC） ，是一種多通道3D微流控晶片，以細胞培養，模擬器官或系統的活動、力學和生理反應，也是一種人工器官。 [1][2] 它是一個重要的生物醫學工程的研究主題。芯片上的實驗室（LOCs）和細胞生物學的融合允許在特定器官的背景下研究人類生理學，引入體外多細胞人類生物體的新模型。有望在未來改變在藥物開發和毒理測試中對動物的需求。
儘管有多份出版物聲稱已將器官功能轉化到這個器官芯片上，但這些應用仍處於起步階段。芯片上的器官在不同的研究者之間的設計和方法有很多不同。因此，這些系統的驗證和優化將是一個漫長的過程。已經被器官芯片模擬的器官包括大腦、肺、心臟、腎、肝、前列腺、血管（動脈）、皮膚、骨骼、軟骨等。
單器官芯片
肝芯片
肝臟芯片裝置利用微流控技術，通過模仿涉及肝臟功能的複雜肝葉來模擬肝臟系統。[3] 肝芯片設備提供了一個良好的模型，幫助研究人員以相對較低的成本研究肝臟的功能障礙和發病機制。研究人員使用原代大鼠肝細胞和其他非瓣膜細胞。[4][5] 這種共培養方法被廣泛研究，並被證明有利於延長肝細胞的生存時間，支持肝臟特定功能的發揮。許多肝臟芯片系統是由聚二甲基硅氧烷（PDMS）製成的，根據特定的設計和目標，有多個通道和腔室。 PDMS被使用並變得流行，因為它的原材料價格相對較低，而且它也容易被塑造成微流體裝置。[6] 但是PDMS可以吸收重要的信號分子，包括蛋白質和激素。其他更惰性的材料，如聚碸或聚碳酸酯，也被用於肝臟芯片。[3]
肺芯片
腸道芯片
人類腸道芯片包含兩個微通道，被腸道上皮細胞內襯的柔性多孔細胞外基質（ECM）塗層膜所隔開。[7][8] Caco-2細胞是在其母體細胞--人類結腸腺癌--的自發分化下培養的，代表了腸道的保護和吸收特性模型。 [23] 微通道由聚二甲基硅氧烷（PDMS）聚合物製成。 通過在主細胞通道雙層兩側的真空室中誘導吸力，形成拉伸和放鬆的循環機械應變，以模仿腸道行為。[8] 此外，細胞經歷自發的絨毛形態發生和分化，這概括了腸道細胞的特徵。在三維絨毛支架下，細胞不僅增殖，而且代謝活動也得到加強。腸道中另一個重要角色是微生物，即腸道微生物群。腸道微生物群中的許多微生物物種是嚴格的厭氧菌。為了將這些不耐氧的厭氧菌與有利於氧的腸道細胞共同培養，設計了一個聚碸製造的腸道芯片。[9] 該系統維持了結腸上皮細胞、類鵝卵石細胞和細菌Faecalibacterium prausnitzii、Eubacterium rectale和Bacteroides thetaiotaomicron共同培養。[9]
腎臟芯片
心臟芯片
大腦芯片
前列腺芯片
血管芯片
多器官芯片
參考
- ^ Moyer MW. Organs-on-a-chip for faster drug development.. Scientific American. March 2011, 304 (3): 19 [2022-07-29]. PMID 21438480. doi:10.1038/scientificamerican0311-19a. （原始內容存檔於2020-11-12）.
- ^ 模拟人类器官的芯片，能加速新冠药物的研发吗. 品玩. [2022-07-29]. （原始內容存檔於2022-07-29）.
- ^ 3.0 3.1 Domansky, Karel; Inman, Walker; Serdy, James; Dash, Ajit; Lim, Matthew H. M.; Griffith, Linda G. Perfused multiwell plate for 3D liver tissue engineering. Lab Chip. 2010, 10 (1). ISSN 1473-0197. PMC 3972823
. PMID 20024050. doi:10.1039/B913221J （英語）.
- ^ Kane, Bartholomew J.; Zinner, Michael J.; Yarmush, Martin L.; Toner, Mehmet. Liver-Specific Functional Studies in a Microfluidic Array of Primary Mammalian Hepatocytes. Analytical Chemistry. 2006-07-01, 78 (13) [2022-09-10]. ISSN 0003-2700. doi:10.1021/ac051856v. （原始內容存檔於2023-02-19） （英語）.
- ^ Kang, Young Bok (Abraham); Sodunke, Temitope R.; Lamontagne, Jason; Cirillo, Joseph; Rajiv, Caroline; Bouchard, Michael J.; Noh, Moses. Liver sinusoid on a chip: Long‐term layered co‐culture of primary rat hepatocytes and endothelial cells in microfluidic platforms. Biotechnology and Bioengineering. 2015-12, 112 (12) [2022-09-10]. ISSN 0006-3592. doi:10.1002/bit.25659. （原始內容存檔於2023-02-19） （英語）.
- ^ Armani, D.; Liu, C.; Aluru, N. Re-configurable fluid circuits by PDMS elastomer micromachining. Technical Digest. IEEE International MEMS 99 Conference. Twelfth IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (Cat. No.99CH36291). 1999-01 [2022-09-10]. doi:10.1109/MEMSYS.1999.746817. （原始內容存檔於2022-10-31）.
- ^ Sambuy, Y.; De Angelis, I.; Ranaldi, G.; Scarino, M. L.; Stammati, A.; Zucco, F. The Caco-2 cell line as a model of the intestinal barrier: influence of cell and culture-related factors on Caco-2 cell functional characteristics. Cell Biology and Toxicology. 2005-01, 21 (1). ISSN 0742-2091. doi:10.1007/s10565-005-0085-6 （英語）.
- ^ 8.0 8.1 Kim, Hyun Jung; Huh, Dongeun; Hamilton, Geraldine; Ingber, Donald E. Human gut-on-a-chip inhabited by microbial flora that experiences intestinal peristalsis-like motions and flow. Lab on a Chip. 2012, 12 (12). ISSN 1473-0197. doi:10.1039/c2lc40074j （英語）.
- ^ 9.0 9.1 Zhang, Jianbo; Huang, Yu-Ja; Yoon, Jun Young; Kemmitt, John; Wright, Charles; Schneider, Kirsten; Sphabmixay, Pierre; Hernandez-Gordillo, Victor; Holcomb, Steven J.; Bhushan, Brij; Rohatgi, Gar. Primary Human Colonic Mucosal Barrier Crosstalk with Super Oxygen-Sensitive Faecalibacterium prausnitzii in Continuous Culture. Med. 2021-01, 2 (1) [2022-09-10]. PMC 7839961 . PMID 33511375. doi:10.1016/j.medj.2020.07.001. （原始內容存檔於2022-06-15） （英語）.
外部連結
- UK Organ-on-a-Chip Technologies Network
- EU H2020 Project (ORCHID) grant agreement No 766884, Organ-on-Chip in development （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- hDMT （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） human organ and disease model technologies: pre-competitive non-profit, organ-on-chip research consortium, based in the Netherlands, aims for open access dissemination of research and data.