十年磨出利劍！科學家成功開發出能“高仿”患者生理學的“多器官芯片”！_風聞

　　近一個世紀以來，隨着現代醫學技術的飛速發展，越來越多的疾病被攻克，被治癒，科學家們功不可沒。與此同時，以小鼠為首的實驗動物們也在為人類醫學做出巨大的貢獻。

　　眾所周知，新藥的安全性和有效性都是先在動物模型中進行評估。然而遺憾的是，由於物種間差距，實驗動物通常不能預測出人體臨牀反應。因此，導致了很多新藥在順利通過小鼠實驗後，止步於人類臨牀研究。此外，個體間對藥物的治療反應差異也是藥物測試中一個難以逾越的障礙。

　　2022年4月27日，發表在**《Nature Biomedical Engineering》（IF=25.671）上的一項新研究中，來自美國哥倫比亞大學的研究團隊通過十年研究，成功利用工程化的人類心臟、骨骼、肝臟和皮膚組織開發出一種即插即用的多器官芯片，革命性地改進了癌症和其他疾病的模型。該系統可以高度保真地模擬患者的生理學特性**，從而為患者提供個性化藥物或療法的測試結果。這項技術為改進藥物開發開闢了新的途徑。

　　研究通訊作者、哥倫比亞大學生物醫學工程系Gordana Vunjak-Novakovic教授説：“這對我們來説是一個巨大的成就。我們為此花了十年的時間，進行了幾百次的實驗，探索了無數偉大的想法，期間創建了許多原型。現在，我們終於開發出了這個平台，它可以成功地捕捉體內器官相互作用的生物學特性。”

　　在人體內，每個器官都保持着自己的環境，同時通過攜帶循環細胞和生物活性因子的血液流動與其他器官相互作用。研究人員表示，在保持個體表型的同時，提供組織間通信一直是一個重大的挑戰。

　　為此，該團隊設計了這個多器官組織芯片。它包含****心臟、骨骼、肝臟和皮膚。這些器官組織具有截然不同的胚胎起源、結構和功能特性，抗癌藥物尤其會對它們產生負面影響。因此，這些器官組織都對疾病建模和藥物測試具有重要意義，

　　研究人員通過血管連接各組織，同時保留了每個組織的生態位，這也是保持其生物保真度所必需的，以模擬器官在體內的連接方式。

　　這些組織來自於具有生物學特異性的患者誘導多能幹細胞（hiPSC），並與生理相關的細胞外基質（ECM）內的支持基質細胞結合，在4至6周內生長併成熟。

　　多器官組織芯片在培養的過程中保持了不同的人體組織（心臟、肝臟、骨骼、皮膚）的成熟表型，並通過血液流動連接起來。內皮屏障為每個組織提供了自己的優化環境，同時使細胞因子、循環細胞和外泌體的交流成為可能。

　　研究人員還研究了常見的抗癌藥物阿黴素對芯片中的心臟、肝臟、骨骼、皮膚和血管樣本的影響。結果顯示**，該藥物對器官組織的影響與使用同一藥物的臨牀研究報告結果相似**。多器官組織芯片成功反映出阿黴素在人體中的藥代動力學和藥效學特徵。這表明，這種新的模型為改進新藥開發打開了新的大門。

　　Vunjak-Novakovic教授説：“同時，我們還能夠識別出一些心臟毒性的早期分子標誌物，這是限制藥物廣泛使用的主要副作用。最值得注意的是，多器官芯片準確預測出心臟毒性和心肌病，這意味着，臨牀醫生應減少阿黴素的治療劑量，甚至讓患者停止治療。”

　　該研究團隊目前正在使用多器官芯片的變體版本進行研究，所有這些都是在特異性患者環境中進行的，包括乳腺癌轉移、前列腺癌轉移、白血病、輻射對人體組織的影響、新冠病毒對心臟、肺和血管系統的影響、缺血對心臟和大腦的影響，以及藥物的安全性和有效性。他們還在為學術和臨牀實驗室開發一種用户友好的標準化芯片，以充分利用其推進生物學和醫學研究的潛力。

　　Vunjak Novakovic補充道：“在對芯片上的器官進行了十年的研究之後，仍讓人感到驚訝的是，我們可以通過連接毫米大小的組織（跳動的心肌、代謝的肝臟以及從患者細胞中生長出來的功能性皮膚和骨骼）來模擬患者的生理學。我們對這種方法的潛力感到興奮。它是專為研究全身損傷或疾病狀況而設計的，它將使我們能夠保持工程人體組織的生物學特性及其之間的通信。一次一個患者，從炎症到癌症！”

　　論文鏈接：

　　https://www.nature.com/articles/s41551-022-00882-6