多器官芯片演绎人体原理将成为人类疾病和药物测试个体化研究绝佳模型

美国哥伦比亚大学工程系以及医学中心的1组钻研人员讲演说，他们已经经开收回1种多器官芯片情势的人体生理模型，该芯片由经由工程革新的人体心脏、骨骼、肝脏以及皮肤组成，通过循环免疫细胞的血管活动，以重现互相依赖的器官功用。

钻研人员发明的这类即插即用的多器官芯片，大小与显微镜载玻片至关，可为患者定制。因为疾病停顿以及对于医治的反映因人而异，因而这类芯片终究将为每一位患者提供共性化的医治。这项钻研刊载于四月二七日出版的《天然·生物医学工程》杂志上。

灵感来自人体

工程组织已经成为疾病建模以及在人体环境中测试药物疗效以及平安性的症结组成部份。钻研人员面临的1个次要应战，是如何运用多种可进行生理交换的工程组织来摹拟身材功用以及全身性疾病，就像它们在体内所做的那样。但是，必需为每一个工程组织提供本人的环境，以便特定的组织表型可保持数周至数月，相符生物学以及生物医学钻研的请求。使应战变患上更加繁杂的是，必需将组织模块衔接在1起以增进它们的生理交换，这是对于触及多个器官零碎的建模所必须的。

从人体的工作原理中吸取灵感，钻研团队构建了1集体体组织芯片零碎，在该零碎中，他们通过循环血管活动将成熟的心脏、肝脏、骨骼以及皮肤组织模块衔接起来，让互相依赖的器官可以像在人类的身材里。钻研人员之所以选择这些组织，是由于它们拥有显明不同的胚胎发源、构造以及功用特性，并且遭到癌症医治药物的影响。

“在维持其个体表型的同时提供组织之间的交换1直是1项严重应战，”该钻研的次要作者、哥伦比亚大学干细胞以及组织工程试验室副钻研迷信家凯西·罗纳德森-博查患上说，“由于咱们专一于运用源自患者的组织模型，咱们必需独自使每一个组织成熟，以便它以模仿患者身上的反映方式施展作用，咱们不想在衔接多个组织时就义这类先进的功用。在体内，每一个器官都保持着本人的环境，同时通过携带循环细胞以及生物活性因子的血管活动，与其余器官互相作用。因而，咱们选择通过血管循环衔接组织，同时保存保持其生物保真度所必须的每一个独自的组织生态位，模仿咱们的器官在体内衔接的方式。”

组织模块可保持1个月以上

钻研团队创立了组织模块，每一个模块都在优化的环境中，并通过选择性渗入的内皮屏障将它们与罕见的血管流离开。个体组织环境可以逾越内皮屏障并通过血管循环进行交换。钻研人员还将发生巨噬细胞的单核细胞引入血管循环，由于它们在指点组织对于伤害、疾病疗效的反映方面施展侧重要作用。

一切组织均来自同1系人类诱导多无能细胞，从少许血液样本中取得，以证实个体化、患者特同性钻研的才能。而且，为了证实该模型可用于长时间钻研，该团队将已经经成长以及成熟

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四到六周的组织在通过血管灌注衔接后又保持了四周。

钻研人员还证实了该模型如何用于钻研人类环境中的首要疾病，并查看抗癌药物的反作用。他们钻研了多柔比星（1种宽泛运用的抗癌药物）对于心脏、肝脏、骨骼、皮肤以及脉管零碎的影响。他们标明，测试成果概括了运用相反药物进行癌症医治的临床钻研讲演的成果。

运用该模型钻研抗癌药物

该团队同时开发了1种新的多器官芯片计算模型，用于对于药物的排汇、散布、代谢以及分泌进行数学摹拟。该模型正确地预测了阿霉素代谢成阿霉素醇并分散到芯片中。在将来其余药物的药代能源学以及药效学钻研中，多器官芯片与计算法子的结合为临床前到临床外推提供了改良的基础，同时改良了药物开发流程。

钻研人员称，新技术能辨认出1些心脏毒性的初期份子标记物，这是限度药物宽泛运用的次要要素。最值患上留神的是，多器官芯片精确地预测了心脏毒性以及心肌病，这通常需求临床医生缩小阿霉素的医治剂量，乃至休止医治。

钻研小组目前正在运用这类芯片的变体进行钻研，一切这些都在个体化的患者特定环境中进行。如乳腺癌转移、前列腺癌转移、白血病、辐

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射对于人体组织的影响、新冠病毒对于多器官的影响、缺血对于心脏以及大脑的影响，和药物的平安性以及无效性。钻研团队还在为学术以及临床试验室开发1种用户敌对的规范化芯片，以匡助充沛应用其推动生物以及医学钻研的后劲。

钻研人员说：“咱们对于这类法子的后劲感到兴奋。它专为钻研与伤害或者疾病相干的全身性疾病而设计，将使咱们可以维持工程人体组织的生物学特性及其交换。1次1个病人，从炎症到癌症。”

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