?器官芯片是什么？

類器官是利用3D培養技術在體外對干細胞或器官祖細胞進行誘導分化而形成的三維多細胞組織結構，其結構和功能更加接近目標器官或組織，是一種體外的、自我組織的3D的微組織或器官。

器官芯片（organ-on-a-chip），器官芯片是類器官在生物技術維度的延伸，通過細胞在體外芯片中進行三維培養，實現模擬人體器官功能的新興技術。可以有效彌補傳統類器官培養技術的不足，它是以微流控芯片技術為核心，在微環境水平上通過控制流體灌注、牽張力和化學梯度等，促進器官結構更仿生和功能成熟，具有更復雜、更仿生、可控性更強等優勢。器官芯片在新藥研發、疾病模型、個性化醫療和航天醫學等領域具有廣闊的應用前景。

?器官芯片的誕生與發展

器官芯片已經成為疾病研究的重要工具，在疾病如心血管疾病、腫瘤等模型構建的基礎上，不僅可以用于探索疾病機制、藥物發揮作用的機理，而且有助于相應新藥的篩選、研發;

例如在藥物開發階段，細胞模型成本低、操作簡單，但是檢測結果與實際相差巨大；動物模型可以提供一定的體內信息，但仍存在種屬差異、倫理問題、對實際人體反應預測能力較差等不足，并消耗著大量的時間與金錢成本。細胞模型和動物模型的種種問題，都在不斷地提示，能否有一種全新的模型，在藥物研發過程中，降低成本、精確仿生、提高成功率、消滅倫理問題、消除物種差異。

類器官芯片，就是這樣一種全新的模型。

器官芯片在感染性疾病領域已經展露頭角，成為解密病原微生物感染過程與宿主相關作用、免疫反應、抗感染藥物作用機理、新型抗感染藥物研發的重要助手;

在精準治療中，器官芯片可以構建包含血管、成纖維細胞、免疫細胞等更接近腫瘤實際狀態的模型，不僅可以更加真實的反映化療、靶向治療等，而且可以克服類器官難以評價的抗血管治療、免疫治療

器官芯片系列產品

生命科學研究不斷邁向縱深，傳統研究手段的局限性逐漸凸顯。在此關鍵節點，艾瑋得生物憑借深厚技術積累與創新精神，強勢推出一系列人體器官芯片。其打破常規，以設計與前沿技術，模擬人體器官微環境。搭配精心研制的配套設備，為生命科學研究提供嶄新路徑，開啟精準生物醫學研究新時代，在生物科研領域持續突破的進程中，傳統研究工具漸漸難以滿足日益增長的探索需求。艾瑋得生物以芯片設計為核心引擎，全力投入器官芯片及相關設備的研發創新。其打造的器官芯片，以精妙入微的設計，更好的模擬生物體內器官的環境。

配以自主研發的配套設備，為生物科研開拓出一條高效精準的全新賽道。

產品介紹

器官芯片

多款標準化器官芯片，可用于藥物篩選、藥敏檢測、疾病模型構建、器官模型構建、藥品安全性與毒理檢測、基礎科學研究等。

生命科學設備

提供專業的生命科學設備解決方案，包含智能顯微分析系統、微型培養盒、搖擺灌注儀、器官芯片灌流控制系統、自動化液體處理工作站等，配套齊全、智能便捷。

圖1 無膜屏障芯片血管模型結構示意圖

選取高通量無膜屏障芯片，通過在芯片的中間通道加入水凝膠，在一側通道接種HUVEC（人臍靜脈血管內皮細胞）細胞懸液，培養3-5天后，獲得穩定的、可灌注的3D血管模型。該模型模型具有高度的仿真性，在形態學上重現了體內血管的管狀結構，包括內皮細胞層的連續性和完整性，細胞極性等；在生理功能上具有完好的通透性和屏障功能，功能性內皮屏障的形成是成功構建血管模型的標志之一。

通過三維重構顯示了血管的三維結構，3D血管模型具有完整的單層清晰的管狀形態，具有可灌注的管腔（圖2）。

圖2  3D血管模型三維結構（綠：VE-cadherin，藍：DAPI）

通過免疫熒光染色可觀察到VE-cadherin和F-actin高表達，表明3D血管模型中內皮細胞排列緊密，結構完整，具有明顯的極性分布（圖3）。

滲透性檢測

艾瑋得血管器官芯片可以用于物質刺激（如新冠病毒、登革熱病毒）血管后的滲透性變化檢測。血管屏障功能檢測顯示正常的3D血管模型對熒光染料（FITC-葡聚糖）的滲透性較低，細胞因子加入后3D血管模型能夠響應刺激，血管通透性發生變化（圖6）。

圖 6  3D血管屏障功能與細胞因子刺激檢測（左：Control，右：TNF-a），進行表觀滲透(Papp)定量分析  

體外肺微生理系統的設計與構建

實驗選擇了多種肺上皮細胞系，如BEAS-2B（支氣管上皮細胞）、NCI-H441（2型肺泡上皮細胞）、A549和Calu-3，人單核細胞系（THP-1）和人內皮細胞系（HUVEC），并將它們接種到膜式芯片上。芯片由支氣管和肺泡腔組成，每個腔室由多孔膜分割為上下兩個獨立空間，上層接種肺上皮或支氣管上皮細胞，下層接種肺血管內皮細胞，這些細胞在芯片內形成了致密的上皮層，模擬了肺部的自然結構。芯片使用多通道流控系統進行液體灌注。

B)肺mps的典型構建時間

C)上皮和內皮形態分析

(I)肺- mps transwell樣膜上的肺上皮(BEAS2b)和內皮(HUVEC)示意圖。

(II)肺- mps的冷凍切片和H&E染色顯示在低(上)和高(下)放大下膜兩側存在上皮和內皮(第5天)

(III)掃描電鏡(SEM)圖像顯示內皮和上皮在膜上生長(第5天)

(IV)芯片腔內內皮和上皮的活/死染色，顯示肺- mps細胞的高活力(第7天)

參考文獻

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