陈根：给3D心脏，安装一个生物芯片_风闻

文/陈根

类器官（Organoids），顾名思义，即指其类似于组织器官。

具体来说，类器官是****在体外用3D培养技术对干细胞或器官祖细胞进行诱导分化形成的在结构和功能上都类似目标器官或组织的三维细胞复合体，其具有稳定的表型和遗传学特征，能够在体外长期培养。

类器官****可以在很大程度模拟目标组织或器官的遗传特征和表观特征，在器官发育、精准医疗、再生医学、药物筛选、基因编辑、疾病建模等领域都有广泛的应用前景。早在2013年，类器官就被《科学》杂志评为年度十大技术；此外，类器官还被《自然·方法》评为2017年度方法。

**不过，**传统的依赖于相继加入生长因子的3D培养技术培养哺乳动物干细胞来形成类器官的方法仍然有其局限性，比如其对类器官及它们的局部环境的控制不够精确，此外，该方法不能很好地复制器官发展过程中复杂又动态的微环境，而这种微环境恰恰是器官形成的有利因素。

针对传统培养技术的限制缺点，干细胞和发育生物学领域的专家联合物理科学家和工程师们以期发展类器官研究中更先进的体外技术，而目前处于该研究最前列的便是将器官芯片技术与类器官相整合而形成的“类器官芯片”技术。

**显然，**和信息产业中的半导体芯片有很大不同，器官芯片强调的是在芯片上构建的器官生理微系统。 这种组织器官模型不仅可在体外接近真实地重现人体器官的生理、病理活动，还可能使研究人员以前所未有的方式来见证和研究机体的各种生物学行为，预测人体对药物或外界不同刺激产生的反应。

可以说，器官芯片在了解新药靶标的生物机制、为疾病的研究提供新的视角、预测新药的有效性和安全性、探索物种的差异性和意外的临床表现、减少动物试验、个性化医疗的应用等具有广泛应用价值。

进入，由波士顿大学的一个团队创造就宣布创造了一个类心脏芯片，这个扁平的“心脏微型化精密单向微流控泵”（简称miniPUMP）——尺寸仅为3平方厘米。类心脏芯片复制了真正的心脏心室（下腔）的功能，以与真实心脏泵血相同的方式将水泵入自身。

该设备由一个塑料底座组成，上面安装了微小的3D打印的丙烯酸阀门、管道和实际的泵本身。该泵包含了一个由一系列连接的同心丙烯酸螺旋组成的支架。当心肌细胞一致地膨胀和收缩时，灵活的支架也随之移动，通过miniPUMP 泵送水。

心肌细胞可以从皮肤细胞、血细胞或几乎任何其他类型的容易获得的细胞开始获得。这些细胞被重新编程为干细胞，然后促使其分化为心脏细胞。这意味着患者可以用自己的细胞制作miniPUMP ，以了解不同的药物可能对他们的心脏产生的具体影响。

当然，人们夜希望有一天同样的技术可以用来生产其他所谓的 “芯片上的器官”设备，比如，肺和肾脏。