器官芯片及其应用
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摘 要 微流控芯片是细胞体外培养的重要平台，基于该平台所发展的器官芯片技术更因其能够模拟人体器官的复杂结构及功能而受到重视。本文从不同器官的角度介绍了近年来器官芯片技术在构建人体生理学模型、药物研发及毒理学研究中的应用，并对器官芯片技术的发展前景进行了展望。
关键词 微流控芯片； 器官芯片； 细胞； 人体器官； 综述
1 引 言
自2011年美国总统奥巴马宣布启动由NIH、FDA和国防部联合设立的人体芯片（Humanonchip）[1]专项以来[2]，在全世界范围内掀起了人体芯片的研究热潮。所谓人体芯片，就目前的研究水平而言，更确切地说是芯片仿真人体器官系统（Organonachip systems），也称为器官芯片（Organsonchips）[3]，是一种利用微加工技术，在微流控芯片上制造出能够模拟人类器官的主要功能的仿生系统[4]。除了具有微流控技术微型化、集成化、低消耗的特点[5]外，器官芯片技术能够精确地控制多个系统参数，如化学浓度梯度[6]、流体剪切力[7]、以及构建细胞图形化培养[8]、组织组织界面[9]与器官器官相互作用[10]等，从而模拟人体器官的复杂结构、微环境和生理学功能。
人体生理学研究是生命科学研究的重要部分，传统的二维细胞培养模式在研究人体病理生理学方面已经取得了许多成就，但是这些简单的模式难以体现人体组织器官复杂的生理功能[11]，因此研究人员常使用动物实验代替体外培养模式。然而，动物实验也存在周期长、成本高等缺点，且动物模型常常不能预测人体对于各种药物的响应[12]。器官芯片概念的提出，正是为了解决动物实验的诸多不足，希望在芯片上建立更加真实的生理模型，并能成为一种仿生、高效、节能的生理学研究及药物开发工具。
经过近几年来的快速发展，研究人员已经在微流控芯片上实现了众多人体器官的构建，如芯片肝、芯片肺、芯片肠、芯片肾、芯片血管、芯片心脏以及多器官芯片等。不仅如此，知名研究单位和制药公司之间的合作已使器官芯片步入了实用阶段。据报道，荷兰生物技术公司Mimetas研发了一种芯片肾，并与几家制药公司达成了应用合作协议将其用于药物筛选[13]。另外，强生公司也计划利用哈佛大学wyss生物工程研究所隶属Emulate公司的人体血栓仿真芯片系统进...
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