小方寸大作为 芯片也可再造“器官”
来源:政府工作报告网 发表于2019-07-04 19:22:33 编辑:张国荣
摘要: 小方寸大作为 芯片也可再造器官 第二看台 本报记者 郝晓明 芯片,可谓是高科技产品的大脑,如手机、电脑、数控配备等都离不开它的支撑。但是,芯片

   小方寸大作为 芯片也可再造“器官”

   第二看台

   本报记者 郝晓明

   芯片,可谓是高科技产品的“大脑”,如手机、电脑、数控配备等都离不开它的支撑。但是,芯片不只用在这些高科技产品上,还可作为人体器官再造的一种载体。

   人体器官芯片是近几年发展起来的一门前沿生物科技,也是生物技能中极具特征和生机的新式范畴,交融了物理、化学、生物学、医学、资料学、工程学和微机电等多个学科,被誉为“十大新式技能”之一。 近来,中国科学院大连化学物理研讨所秦建华研讨员团队运用该技能,规划研制了一种新式多层微流体芯片设备,在一块硬币巨细的塑料芯片上培育出的人体多能干细胞,不只具有很好的生物相容性,还可衍生出与体内高度仿真的胰岛类器官。

   据悉,该芯片上培育出的类器官初次具有了相似人体内胰岛安排的功用。它不只包括相似人体内的多种胰岛细胞类型,还具有杰出的胰岛素排泄和对葡萄糖的影响呼应。日前,该研讨成果已作为封面文章宣布在英国杂志上。

   芯片上的胰岛类器官有了“活性”

   跟着人口老龄化与日子方式的改变,我国已成为糖尿病发患者数最多的国家,给患者、社会和家庭带来巨大担负。因为糖尿病发病机制较为杂乱,其临床表现多为血糖升高并伴发心血管疾病和肾功用衰竭等多种并发症,首要病理改变为胰岛素排泄缺点或胰岛功用进行性危害。特别是I型糖尿病,因为本身不能发作胰岛素,一般需求毕生运用胰岛素医治。

   糖尿病医治技能虽不断立异,但胰岛损害修正与重建一向是世界研讨范畴的难点。体外重建胰岛类器官关于糖尿病机制研讨、胰岛移植医治和药物研制等具有重要意义。

   作为首例将器官芯片技能引进到干细胞类器官,然后孕育出胰岛类器官芯片的立异研讨,秦建华团队将干细胞自拼装原理与生物工程办法相结合,在具有多层可灌流的微流体器官芯片上完成了人体多能干细胞的内胚层诱导分解、3D细胞培育、胰岛安排发育与类器官构成等进程,终究发作具有功用性的“仿生”胰岛类器官。

   研讨发现,芯片内胰岛培育环境中的机械流体要素对促进类器官的发育、功用老练和保持十分有利。“在体外构建胰岛类器官与体内环境存在较大差异,怎么取得适合的体外培育环境是难点和要害。”秦建华告知科技日报记者。

   为处理这一难题,他们从类器官芯片的仿生规划制备下手,经过在体外模仿安排器官成长所需的杂乱微环境,如生物流体、力学影响、细胞间效果和生化因子浓度等,构成有利于辅导干细胞定向分解成长和类器官形状发作的条件。

   据介绍,在器官芯片内施加的生物力学要素,不只有利于类器官构成中的营养物质交流,还会促进类器官的血管构成和老练,这将为体外制作具有要害功用的重要安排器官供给一种新的战略和思路。

   芯片上孕育出系列“迷你”类器官

   近年来,秦建华团队一向致力于人体器官芯片与生物医学穿插学科研讨,以使这些“迷你”类器官模型和高科技生物技能能够靠近人们日子,改进人类生命健康。现在,团队已立异性建立了一系列“仿生”器官芯片系统,成功培育出脑、肝、心脏等多种人体重要类器官,并测验用于生命前期的环境露出和药物测验等研讨。

   很多人群研讨发现,在妊娠期间,露出病原体、药物和环境污染物等是导致流产或胎儿大脑发育反常的重要要素,并和成年期严重缓慢疾病如糖尿病、心血管疾病等易理性有关,但至今仍缺少适宜的体外模型来支撑相关范畴深入研讨。

   经过前期很多实验,研讨团队运用器官芯片技能来模仿脑内动态微环境,培育出具有杂乱结构功用的脑类器官。这些由干细胞衍生的脑类器官能够再现人脑前期发育的进程,包括特定神经元、不同脑区和皮层结构的分解特色等,还可用来讨论不同环境要素露出对胎儿脑发育的影响。研讨中还发现,酒精、尼古丁和重金属镉等可影响人神经前体细胞的分解,诱发不同脑区及皮层的发育反常,并有可能对胎儿脑发育发作不良后果。这些研讨为脑疾病药物开发等供给了新的模型。

   此外,他们还规划研制了一种肝类器官芯片设备,并经过阵列可灌流的芯片生成很多的功用化微型肝类器官。这些类器官包括肝细胞和胆管细胞,具有相似人体肝脏的白蛋白和尿素排泄功用,以及对特定药物的毒性反响,可进一步用于构建肝脏疾病模型、移植实验和药物挑选等方面。

   秦建华泄漏,后续的研讨中,团队还将交融多学科穿插办法与协同战略,进一步提高这些类器官的生物学功用,乃至研讨不同器官间的相互效果,处理类器官构建中的要害瓶颈问题,以期在体外取得结构功用更为“仿真”的人体3D器官模型,为生命医学研讨、安排器官再造和药物研制等供给全新战略和渠道。

   “在未来,这些类器官芯片设备上还可集成多种生物传感器来监测对外界影响的呼应,比方,测验不同个别或患者来历类器官对药物的反响或进行高通量药物挑选等,这将大大削减动物实验本钱,助力新药研制范畴。”秦建华说。

  

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