據(jù)6月25日出版的《科學(xué)》（專題：Science系列）雜志報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家們制造出了一塊如橡皮擦大小的“芯片肺”,，它可模仿那些穿過(guò)整個(gè)肺臟的上皮細(xì)胞和血管之間邊界的許多特征，這一系統(tǒng)或可幫助研究人員非常精準(zhǔn)地了解肺臟器官的運(yùn)作方式,，而這些信息是很難從細(xì)胞培養(yǎng)或動(dòng)物研究中獲取的,。研究人員表示，“芯片肺”可望用于檢驗(yàn)新藥效果以及人體肺部毒素影響,，并終結(jié)這些測(cè)試所需的動(dòng)物實(shí)驗(yàn),。
哈佛大學(xué)維斯生物工程研究院的研究人員利用血管細(xì)胞制成的“芯片肺”由肺細(xì)胞、滲透膜以及毛細(xì)血管組成,，類似于網(wǎng)孔的滲透膜上排列著人體細(xì)胞（一邊是肺部細(xì)胞,，另一邊是血液細(xì)胞），滲透膜組成的微通道約400微米長(zhǎng),，70微米寬（人的頭發(fā)絲的直徑約為100微米）,，可允許空氣或液體圍繞著膜流動(dòng)。當(dāng)該芯片同一個(gè)機(jī)械泵和調(diào)節(jié)閥連接時(shí),，它可以模擬人體肺部的呼吸活動(dòng),。
研究人員已經(jīng)證明，這種“芯片肺”能夠精確地模擬大鼠肺臟的很多功能,，包括肺部吸入納米粒子后作出的反應(yīng)等,。
目前的藥物測(cè)試技術(shù)主要有兩種：一是使用過(guò)于簡(jiǎn)單化的細(xì)胞培養(yǎng)模式，這種方法是在一個(gè)固態(tài)的塑料器皿中培養(yǎng)細(xì)胞,，接著讓其接觸不同的藥物,，并測(cè)試其反應(yīng)；二是使用動(dòng)物實(shí)驗(yàn),，科學(xué)家使用老鼠來(lái)測(cè)試藥物的有效性和安全性,，但這種方法耗時(shí)耗力,。
研究人員表示，為了模仿人體肺部細(xì)小而精確的通道,，他們利用了電路制造工藝創(chuàng)建出了一個(gè)計(jì)算機(jī)微芯片,，這種微觀結(jié)構(gòu)使研究人員得以更好地操縱活體生物比如細(xì)胞等。該研究成果對(duì)于在實(shí)驗(yàn)室中重建人體細(xì)胞具有非常重要的示范意義,，亦可通過(guò)減少對(duì)現(xiàn)有模型（對(duì)單一物質(zhì)進(jìn)行測(cè)試的費(fèi)用就超過(guò)200萬(wàn)美元）的依賴而加速新藥開發(fā)的進(jìn)程,。
哈佛研究人員目前正在研發(fā)其他的“器官芯片”，諸如腸,、心臟和腎等,，他們希望最終能夠?qū)⒉煌钠鞴偌稍谛酒希栽谒幬餃y(cè)試和毒理測(cè)試中徹底摒棄動(dòng)物實(shí)驗(yàn),。
不過(guò),，研究人員指出，要做到這一點(diǎn)還面臨著很多的困難,。比如,，如何使芯片的使用更為方便，如何將泵和調(diào)節(jié)器整合入芯片中等,，還都是亟待解決的問(wèn)題,。(生物谷www.Bioon.net)
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Science DOI: 10.1126/science.1188302
Reconstituting Organ-Level Lung Functions on a Chip
Dongeun Huh,1,2 Benjamin D. Matthews,2,3 Akiko Mammoto,2 Martín Montoya-Zavala,1,2 Hong Yuan Hsin,2 Donald E. Ingber1,2,4,*
Here, we describe a biomimetic microsystem that reconstitutes the critical functional alveolar-capillary interface of the human lung. This bioinspired microdevice reproduces complex integrated organ-level responses to bacteria and inflammatory cytokines introduced into the alveolar space. In nanotoxicology studies, this lung mimic revealed that cyclic mechanical strain accentuates toxic and inflammatory responses of the lung to silica nanoparticles. Mechanical strain also enhances epithelial and endothelial uptake of nanoparticulates and stimulates their transport into the underlying microvascular channel. Similar effects of physiological breathing on nanoparticle absorption are observed in whole mouse lung. Mechanically active "organ-on-a-chip" microdevices that reconstitute tissue-tissue interfaces critical to organ function may therefore expand the capabilities of cell culture models and provide low-cost alternatives to animal and clinical studies for drug screening and toxicology applications.
1 Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University, Boston, MA 02115, USA.
2 Vascular Biology Program, Departments of Pathology and Surgery, Children’s Hospital Boston, and Harvard Medical School, Boston, MA 02115, USA.
3 Department of Medicine, Children’s Hospital Boston, Boston, MA 02115, USA.
4 School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University, Cambridge, MA 02138, USA.
