多年来，疾病建模一直依赖于动物和细胞模型。但这些模型通常价格昂贵，而且无法准确预测人体反应。器官芯片平台可以通过模拟人体生理相互作用的系统填补这些空白，从而重新定义研究。本文将讨论这项新技术，并向您展示入门所需的一切。
传统疾病模型及其挑战
研究人员通常使用动物或细胞模型来了解人类疾病的发展方式和测试新疗法，[1]。动物模型在疾病病理生理解剖和新疗法评估中起着关键作用。尽管如此，它们仍无法预测许多药物在临床试验中的疗效和安全性，[2]。此外，涉及动物试验的伦理问题也促使人们寻找替代方案。细胞模型可以缓解这些问题。然而，它们无法重现人体内组织和器官之间不同细胞类型之间的复杂相互作用，[3]。
利用器官芯片模拟疾病
器官芯片 (OoC) 是一种生物工程微型设备，可模拟器官和组织的基本功能。它们包含多种细胞类型，以反映生理平衡和与模型组织密切相关的生物力学力，[3]。
与传统疾病模型相比，OoC 的主要优势在于能够控制生化和细胞环境以反映体内反应。研究人员还可以血管化或灌注组织，将营养物质和流体引入培养细胞。最后，他们可以结合实时传感器来监测细胞的健康和活性，[3]。
疾病建模的系统方法
虽然我们的器官在物理上是分开的，但它们通过血液和淋巴循环进行交流以维持体内平衡。多个器官之间的相互作用对于确保身体功能至关重要，[4]。
例如，小肠吸收消化的物质，肝脏代谢它们，血液循环将它们输送到目标器官，肾脏排泄废物。这种复杂的吸收、分布、代谢和排泄过程影响着我们的身体对药物的反应，[4]。
此外，许多生理过程依赖于内分泌系统内的调节途径和激素反馈回路。因此，系统的器官通讯对于解释和模拟人类生理功能至关重要。此外，许多疾病（如癌症、骨关节炎和代谢疾病）涉及多个器官，需要更准确的系统方法。为此，研究人员在的多个单一功能的设备中模拟了多个器官，被称为多器官芯片，[4]。
多器官芯片应用
多器官芯片方法可以帮助研究人员找出复杂疾病的基本分子机制，[4]。例如模拟不同大脑功能的多器官芯片系统。该技术用于了解血脑屏障 (BBB) 的神经元和微血管细胞之间的代谢通讯，[5]。
另一项研究使用这种方法模拟了 2 型糖尿病。人类胰腺和肝细胞的培养物成功维持了餐后血糖浓度，而单独培养时两个器官模块中的血糖水平仍然很高，[6]。多器官芯片还可用于研究女性生殖功能和癌症转移，以及其他潜在应用，[4]。
您需要什么才能开始？
正如我们之前所讨论的，器官芯片应该代表影响组织的最相关的生物力应力（例如肺组织的拉伸力或血管组织的血流动力学剪切力）。引入这些力的一种方法是通过微流体通道。这些通道可以通过输送细胞培养基并去除细胞代谢物和碎屑来产生流体流动，[3]。
通常，器官芯片的基本实验设置包括：
- 微流体芯片 – 有助于模拟体内生理条件和机械力。
- 微流体泵 – 将培养基输送到您的细胞。Cellix 的 4U 4通道微流体泵非常适合此类实验。这款精密压力泵具有稳定而准确的流速，可独立控制 4 个不同的通道，控制压力和流量。
- 流量传感器 – 为您提供有关流量控制的反馈，以确保实验按计划进行。
- 样品容器和其他配件 – 容纳培养基、输送药物或使细胞悬浮液流过器官芯片系统。
Cellix 可以为您提供完整的设置（器官芯片套件）或仅提供您需要的组件。要了解有关我们产品的更多信息或索取报价，请立即联系 Cellix 了解更多信息。
引用
- Disease Nature Portfolio. Available at: https://www.nature.com/subjects/disease-model. Access: 01/03/2022.
- McGonigle, P., & Ruggeri, B. (2014). Animal models of human disease: challenges in enabling translation. Biochemical pharmacology, 87(1), 162-171.
- Low, L.A., Mummery, C., Berridge, B.R. et al. Organs-on-chips: into the next decade. Nat Rev Drug Discov 20, 345–361 (2021). https://doi.org/10.1038/s41573-020-0079-3
- Picollet-D’hahan, N., Zuchowska, A., Lemeunier, I., & Le Gac, S. (2021). Multiorgan-on-a-chip: a systemic approach to model and decipher inter-organ communication. Trends in Biotechnology.
- Maoz, B., Herland, A., FitzGerald, E. et al. A linked organ-on-chip model of the human neurovascular unit reveals the metabolic coupling of endothelial and neuronal cells. Nat Biotechnol 36, 865–874 (2018). https://doi.org/10.1038/nbt.4226.
- Bauer, S., Huldt, C. W., Kanebratt, K. P., Durieux, I., Gunne, D., Andersson, S., … & Andersson, T. B. (2017). Functional coupling of human pancreatic islets and liver spheroids on-a-chip: Towards a novel human ex vivo type 2 diabetes model. Scientific reports, 7(1), 1-11.
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