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器官芯片，開啟“芯”視界
?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(biāo)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)的全新賽道。
產(chǎn)品介紹
器官芯片
多款標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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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