一種通用型多層器官芯片
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)中的多個參數(shù),在模擬器官的各項功能特征,以及對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情況,在生理學(xué)、藥理學(xué)和藥代動力學(xué)等研究領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ撬幬镩_發(fā)和個體化醫(yī)療的有力工具,已成為研究熱點。
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,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)計不同類型的選擇性透過結(jié)構(gòu),從而在上下層微腔室通入不同的介質(zhì)時,便可實現(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氟化橡膠密封墊圈進(jìn)行復(fù)密封,器官培養(yǎng)實驗完畢后,可直接拆封芯片,回收所培養(yǎng)的珍貴細(xì)胞。
通過微流體控制技術(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)實現(xiàn)多種流體控制方式。
芯片具有一定的的靈活性,除對多個芯片獨立灌流培養(yǎng)外,也可同時進(jìn)行多個芯片的平行灌流式培養(yǎng),進(jìn)一步,可將多個含有不同中間膜片的芯片進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián),從而實現(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)流動以及組織間的相互作用,單器官芯片無法全面表達(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)來實現(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值。