?器官芯片是什么,？

類器官是利用3D培養(yǎng)技術(shù)在體外對干細胞或器官祖細胞進行誘導(dǎo)分化而形成的三維多細胞組織結(jié)構(gòu),，其結(jié)構(gòu)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(shù)維度的延伸,，通過細胞在體外芯片中進行三維培養(yǎng),，實現(xiàn)模擬人體器官功能的新興技術(shù)。可以有效彌補傳統(tǒng)類器官培養(yǎng)技術(shù)的不足,，它是以微流控芯片技術(shù)為核心,，在微環(huán)境水平上通過控制流體灌注、牽張力和化學(xué)梯度等,，促進器官結(jié)構(gòu)更仿生和功能成熟,，具有更復(fù)雜、更仿生,、可控性更強等優(yōu)勢,。器官芯片在新藥研發(fā)、疾病模型,、個性化醫(yī)療和航天醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

?器官芯片的誕生與發(fā)展

器官芯片已經(jīng)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(gòu)建的基礎(chǔ)上，不僅可以用于探索疾病機制,、藥物發(fā)揮作用的機理,，而且有助于相應(yīng)新藥的篩選、研發(fā);

例如在藥物開發(fā)階段,，細胞模型成本低,、操作簡單，但是檢測結(jié)果與實際相差巨大,；動物模型可以提供一定的體內(nèi)信息,，但仍存在種屬差異、倫理問題,、對實際人體反應(yīng)預(yù)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(fā)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(lǐng)域已經(jīng)展露頭角,，成為解密病原微生物感染過程與宿主相關(guān)作用、免疫反應(yīng),、抗感染藥物作用機理,、新型抗感染藥物研發(fā)的重要助手;

在精準治療中，器官芯片可以構(gòu)建包含血管,、成纖維細胞,、免疫細胞等更接近腫瘤實際狀態(tài)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(chǎn)品

生命科學(xué)研究不斷邁向縱深,，傳統(tǒng)研究手段的局限性逐漸凸顯,。在此關(guān)鍵節(jié)點，艾瑋得生物憑借深厚技術(shù)積累與創(chuàng)新精神,，強勢推出一系列人體器官芯片,。其打破常規(guī)，以設(shè)計與前沿技術(shù),，模擬人體器官微環(huán)境,。搭配精心研制的配套設(shè)備，為生命科學(xué)研究提供嶄新路徑,，開啟精準生物醫(yī)學(xué)研究新時代,，在生物科研領(lǐng)域持續(xù)突破的進程中，傳統(tǒng)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(shè)計為核心引擎,，全力投入器官芯片及相關(guān)設(shè)備的研發(fā)創(chuàng)新。其打造的器官芯片,，以精妙入微的設(shè)計,，更好的模擬生物體內(nèi)器官的環(huán)境。

配以自主研發(fā)的配套設(shè)備,，為生物科研開拓出一條高效精準的全新賽道,。

產(chǎn)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(gòu)建,、器官模型構(gòu)建、藥品安全性與毒理檢測,、基礎(chǔ)科學(xué)研究等,。

生命科學(xué)設(shè)備

提供專業(yè)的生命科學(xué)設(shè)備解決方案，包含智能顯微分析系統(tǒng),、微型培養(yǎng)盒,、搖擺灌注儀、器官芯片灌流控制系統(tǒng),、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(jié)構(gòu)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(cè)通道接種HUVEC（人臍靜脈血管內(nèi)皮細胞）細胞懸液,，培養(yǎng)3-5天后,，獲得穩(wěn)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(tài)學(xué)上重現(xiàn)了體內(nèi)血管的管狀結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)皮細胞層的連續(xù)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(nèi)皮屏障的形成是成功構(gòu)建血管模型的標志之一,。

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

圖2  3D血管模型三維結(jié)構(gòu)（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(nèi)皮細胞排列緊密,，結(jié)構(gòu)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(zhì)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(yīng)刺激,，血管通透性發(fā)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(tǒng)的設(shè)計與構(gòu)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(nèi)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(nèi)皮細胞,，這些細胞在芯片內(nèi)形成了致密的上皮層，模擬了肺部的自然結(jié)構(gòu),。芯片使用多通道流控系統(tǒng)進行液體灌注,。

B)肺mps的典型構(gòu)建時間

C)上皮和內(nèi)皮形態(tài)分析

(I)肺- mps transwell樣膜上的肺上皮(BEAS2b)和內(nèi)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(cè)存在上皮和內(nèi)皮(第5天)

(III)掃描電鏡(SEM)圖像顯示內(nèi)皮和上皮在膜上生長(第5天)

(IV)芯片腔內(nèi)內(nèi)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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