晶元上可以長器官啦！心臟、肝臟、肺……應有盡有

你知道麽？器官也可以「種」在晶元上，用於預測人體對藥物或外界不同刺激產生的反應。

上個月，中科院大連化學物理所研究員秦建華團隊利用器官晶元技術培育人胰島類器官取得新進展，相關成果在《Lab on a chip》上發表，並被選為封面文章。這不禁引發人們好奇，晶元也能培育器官？這到底是什麼黑科技？

實際上，除了胰島組織外，「大腦晶元」、「心臟晶元」、「肺晶元」、「肝臟晶元」、「血管晶元」等研究都已經取得了重要進展，這些小小的晶元上都可以構建出一個個簡化的人體器官。今天小編就和你說說「器官晶元」這回事。

神奇的器官晶元技術

「器官晶元」這個概念由來已久，它集物理，化學，生物，醫學，材料科學，工程和微機電於一體，在2016年就被達沃斯論壇列為「十大新興技術」之一。

根據維基百科介紹，「器官晶元」是一種多通道三維微流體細胞培養晶元，它以微流控晶元為核心,通過與細胞生物學、生物材料和工程學等多種方法相結合,可以在體外模擬構建人體不同組織器官的主要結構功能特徵與複雜的器官間的聯繫。

目前，大多數片上器官模型只能夠培養一種細胞類型，主要利用患者來源乾細胞，實現誘導多能乾細胞來源器官模型的工程化構建，從而實現個體化的疾病風險預測、藥物藥效評價、毒理評估和預後分析。

也就是說，這種特殊的晶元可以作為人體器官重建的載體，不僅可以作為對藥物反應的預測，還可以減少實驗動物的數量。有科學家推測，人體器官晶元的最終形式將擁有10種以上的器官類型，包括肝、腸、心、腎、腦、肺，以及生殖系統、免疫系統、血管系統和皮膚等，甚至最終可以得到一個「晶元上的人」。

用於疾病的精準診斷和治療

美國食品藥品監督管理局(FDA)的調查顯示，每種新葯的研發周期平均長達10年，費用約為5億—10億美元；而約92%的藥物經動物實驗證實安全有效之後，在臨床人體試驗中失敗。

為了避免出現新葯研發領域高投入、高風險和低產出的尷尬局面，越來越多的研究人員希望藉助「器官晶元」技術，尋找到疾病的精準診斷和治療方法。

目前，已有的「器官晶元」類型主要包括以下幾種:

胰島晶元：秦建華團隊將器官晶元技術引入到乾細胞類器官，從而孕育出胰島類器官晶元的創新研究，實現了人體多能乾細胞的內胚層誘導分化、3D細胞培養、胰島組織發育與類器官形成等過程，最終產生具有功能性的「仿生」胰島類器官，可用於糖尿病發病機制的研究。

腦晶元：美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的科學家和工程師開發出了腦晶元，該設備通過記錄沉積在微電極陣列上的多種類型腦細胞的神經活動來模擬中樞神經系統，旨在測試和預測生物和化學製劑、藥物對大腦的影響，不需要人類或動物受試者。

肝臟晶元：來自哈佛和麻省理工等機構的科學家團隊通過人類細胞的培養從而製造出肝臟晶元，這個晶元的特殊之處不僅僅在於使用的是人類的細胞，還在於擁有匹配的血管結構，可以給組織細胞輸送營養。目前，美國FDA已開始對肝臟晶元進行測試評估。這項新型檢測將會幫助有關機構確定，某些公司在申請批準某些被證明有毒的化合物（比如食品添加劑）時，該公司是否能夠利用晶元數據來代替動物毒理學實驗的數據。此後，FDA將會逐漸將評估推進到腎臟晶元、肺臟晶元以及腸道模型晶元等。

腎臟晶元：美國華盛頓大學的研究人員已研發出信用卡大小的晶元裝置，它包含布滿人類腎細胞的微反應腔，可以用細胞模擬腎臟的一部分，當液體藥物或毒素被注入該裝置時，它們將模擬腎臟的表現。研究人員表示，這能夠幫助找到預防或治療腎臟疾病的辦法。

心臟晶元：東南大學的研究團隊受變色龍「變色」機制啟發，用心肌細胞和水凝膠開發出一種新材料，可用於構建可變色的「心臟晶元」，通過晶元顏色變化來監測心臟搏動。

肺晶元：在動物體內研究肺部組織具有相當大的困難，因為這個器官持續地受到許多外力的影響，比如呼吸。2010 年，美國哈佛大學研究人員首次在晶元中模擬了氣管表皮細胞的微環境，模擬出肺泡的功能。研究人員表示「肺晶元」可望應用於檢驗新藥效果以及人體肺部毒素影響。

除此之外，還有腸道晶元、血管晶元、腫瘤晶元、胎盤晶元、人眼晶元等。小編相信，在不久的將來，你還可以使用自己的細胞，培養出獨一無二專屬的器官晶元，從而尋找到最適合你自己的治療方案。