器官芯片（organs-on-chips，OOC）是一種集成細(xì)胞培養(yǎng)裝置，指的是利用微流控芯片系統(tǒng)，在芯片上構(gòu)建并模擬人體組織和器官的集成微系統(tǒng)，因其可準(zhǔn)確控制培養(yǎng)系統(tǒng)中的多個(gè)參數(shù)，在模擬器官的各項(xiàng)功能特征，以及對(duì)外界刺激的特異性反應(yīng)上，比傳統(tǒng)培養(yǎng)更加能夠反映人體真實(shí)情況，在生理學(xué)、藥理學(xué)和藥代動(dòng)力學(xué)等研究領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿?，是藥物開(kāi)發(fā)和個(gè)體化醫(yī)療的有力工具，已成為研究熱點(diǎn)。

本文主要介紹了一種通用型三層器官微流控芯片，此芯片優(yōu)勢(shì)在于其可更換中間膜片，且可進(jìn)行重復(fù)密封，一方面可模擬不同器官的體外培養(yǎng)，另一方面可回收所培養(yǎng)的珍貴細(xì)胞。

芯片結(jié)構(gòu)與功能

此芯片材質(zhì)為硼硅玻璃，結(jié)構(gòu)采用三層設(shè)計(jì)，由芯片頂層、芯片底層和可更換的中間膜片組成，內(nèi)部含兩層微腔室，可在其中間膜片上設(shè)計(jì)不同類(lèi)型的選擇性透過(guò)結(jié)構(gòu)，從而在上下層微腔室通入不同的介質(zhì)時(shí)，便可實(shí)現(xiàn)兩層微腔室間物質(zhì)的選擇性交換，進(jìn)而模擬不同器官中的“多層”組織結(jié)構(gòu)。此芯片層與層之間通過(guò)氟化橡膠密封墊圈進(jìn)行復(fù)密封，器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)完畢后，可直接拆封芯片，回收所培養(yǎng)的珍貴細(xì)胞。

通過(guò)微流體控制技術(shù)，可在芯片內(nèi)產(chǎn)生精確可控的流體剪切應(yīng)力和周期性變化的機(jī)械力，結(jié)合芯片結(jié)構(gòu)，可在芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)多種流體控制方式。

芯片具有一定的的靈活性，除對(duì)多個(gè)芯片獨(dú)立灌流培養(yǎng)外，也可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)芯片的平行灌流式培養(yǎng)，進(jìn)一步，可將多個(gè)含有不同中間膜片的芯片進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)多器官培養(yǎng)。

芯片應(yīng)用案例

瓦赫寧根大學(xué)食品安全研究院的Dr. Meike van der Zande基于此芯片，進(jìn)行了腸道芯片研究。

阿姆斯特丹自由大學(xué)的Prof. Sue Gibbs和Dr. Lambert Bergers基于此芯片，進(jìn)行了皮膚芯片研究。

除以上研究外，此芯片還可用于肺、肝、神經(jīng)、骨髓、心血管網(wǎng)絡(luò)等器官模擬的研究。

在大多數(shù)生理環(huán)境中，存在著連續(xù)介質(zhì)流動(dòng)以及組織間的相互作用，單器官芯片無(wú)法全面表達(dá)體內(nèi)各器官聯(lián)合工作的復(fù)雜性、功能變化以及完整性，因此，多器官微流控芯片（Multi-Organ-Chip, MOC）的研究愈發(fā)受到關(guān)注。本文介紹的通用型三層器官芯片，即可作為單器官芯片，也可串聯(lián)或并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)多器官培養(yǎng)，是器官培養(yǎng)研究的一種選擇，也具有一定的參考價(jià)值。