小中见大,8种人体器官集成电路

日期:2020-01-27编辑作者:国际新闻

作者: 唐凤 来源: 中国科学报 发布时间:2019/6/20 10:22:33 选择字号:小 中 大 迷你器官 内有乾坤 生物工程技术突破人体研究极限

迷你器官 小中见大 可用于模拟疾病、测试新药

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科学家展示器官芯片。 图片来源:Kevin Monko

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人类文明的进程很大程度上是从技术发展推动的,当下更是一个技术加速发展和革命的时代。企业家要想创造未来,就要对科技前沿有敏锐的洞察。科研领域的新趋势是什么?会带来什么样的新商业价值?

■本报记者 唐凤

科学家在实验室培养出胃部类器官。图片来源:Taylor Broda

——王小川 搜狗公司CEO

看上去就像细胞无规则聚集在一起的一个小球,在显微镜下却内有乾坤。这些实验室中培养的迷你器官有十分复杂的结构:肾脏上的微小细管、大脑皮层或肠道内的精妙褶皱。

肉眼看上去,这些比芝麻粒还小的小球似乎就是细胞无规则地聚集在一起。但将它们放到显微镜下,这些实验室中培养的迷你器官却有着十分复杂的结构:肾脏上有微小的细管,大脑皮层或肠道内有精妙的褶皱。

成功研发一款新药所需的人力和物力成本是巨大的。 据统计,每一款新药的研发资金平均为26 亿美元,平均时间长于10年。其庞大的资金和时间成本意味着一旦项目失败,前期的努力将付之一炬。因此,制药公司无不在急切地寻求提高研发成功率的手段。其中,最关键的一个方法便是在进入临床试验之前提高对人体对药物反应的预测的准确率,从而尽早过滤掉存在高失败风险的项目,降低临床试验的试错成本。

现在,借助3D细胞培养技术,科学家已经能够在实验室里制造出多种类器官,包括肝、胰、胃、心、肾,甚至乳腺。这些多细胞结构虽然不是真正意义上的器官,但已经成为研究人类发育和疾病的理想工具。

现在,借助3D细胞培养技术,科学家已经能够在实验室里制造出多种类器官,包括肝、胰、胃、心、肾,甚至是乳腺等等。近日,《发育》杂志以专刊的形式回顾了这一领域的最新发展,提到这些迷你器官在体外模拟疾病过程以及测试药物方面有着广泛的用途。

为了达到这个目的,临床前期试验中使用的模型的可靠性便变得尤为重要。因为使用模型的目的是为药物在人体中产生的作用提供一个参考,所以模型与人体的相似程度直接影响研究结论的准确程度。传统试验所使用的动物模型存在着诸多缺点。除了分析起来非常复杂、耗时耗力、会引起许多道德问题外,动物模型最大的缺点便是无法准确地模拟人体系统。尽管动物模型与人类共享的基因比例最高可达 99%,但剩余 1% 的不同依然会带来基因表达上的差异,从而导致两个物种之间产生巨大的生理差异。许多疾病,例如帕金森或部分糖尿病的产生原因,并不是基因自身出了问题,而是因为基因在表达过程中出现了变异。这些变异会导致药物在动物体内和人体内引起截然不同的反应。即便是非常细微的差别,也会随着药物研发进程的推进而被放大,最终很有可能导致整个项目的失败。因此,如何使用人体细胞建立模型代替动物模型,从而提高模型的可靠性和药物研发的成功率,便是制药产业试图解决的一大难题。

随着科技进步,类器官技术在生物医学研究中开辟了前沿领域。例如,该技术能对来自特定患者的细胞进行抗癌药物测试,但仍有问题需要解决,其中包括类器官的生产、控制及其微环境分析等。

类器官是真实器官的缩影吗?很难说。这些细胞球在结构上可以模仿出许多脏器内部的精细结构,不过,它们和真正的人体器官有许多不同之处,其中最重要的不同在于这些迷你器官缺乏血管系统,而血液对于人体器官的生长发育和正常功能都是必不可少的。

近年来,人体细胞体外培养技术在一定程度上解决了动物模型与人体不匹配的问题。但是,在人体外培养细胞以期模拟人体内部的环境是一件极困难的事情。它面临的一个最大的挑战就是如何在人体外建立一个和人体内相似的环境。我们知道,细胞在人体中的生长环境是一个非常复杂的三维微观环境。环境中的三维结构和生物化学信号影响着每一个在其中生长和分化的细胞。反观现有的体外培养技术,细胞仅仅被培养在了一个二维的培养皿中。这个结构过于简单的培养皿无法有效模拟人体内复杂且处于动态的细胞与细胞之间、细胞与不同环境之间的相互作用。这种环境上的不同导致在模型中繁殖的细胞与人体内的细胞相去甚远,因而降低了模型的可靠性和临床前期试验的准确性。因此,如何在人体外构建一个适合细胞生长的天然环境是建立一个可靠体外模型的关键。

近日,《科学》推出特刊,对类器官的设计和应用、下一代类器官及芯片上的器官技术进行了讨论。

因此,类器官只能永远处于迷你和简单状态,科学家还无法培育出任何接近实际大小的体外器官。但他们仍从二维细胞培养迈出了一大步,现在的类器官可以模拟器官形成的最早期过程,同时可以用于研究诸如基因突变等因素如何影响正常器官的功能。

目前为止,我们还没有足够的技术构建出一个还原度为100% 的人体模型。不过,相比还原整个人体的耗时耗力,科学家们将精力集中在了另一条路径,即逆向工程上。逆向工程的目标是还原目标器官关键的部位和功能。这条路径可以在不损失模型功能的情况下大大缩减实验成本。比如,如果我们要观察药物在肠道中的吸收效率,与其还原一整条肠道,不如只还原肠道表面负责吸收药物的小肠绒毛结构和表皮细胞。于是,一种以逆向工程为指导方针的新技术,“人体芯片”或称“器 官芯片”,就成了时下最受关注的新一代药物筛选测试平台。这个平台除了有能力模拟人体目标器官的三维微观环境之外,还拥有样本量少、精度高、多功能和自动化四大特点。人体芯片之所以拥有多项优点,是因为它是建立在微流控芯片平台上的一项技术。所以在介绍它之前,我们先简单了解一下微流控芯片这个平台。

类器官的生长和发育与人体器官非常相似,但又足够小,可以放入皮氏培养皿中。类器官可以让研究人员以更真实的方式反映人体内部。但随着它们的发展,类器官可能更难控制,而这种可变性可能会对研究的精确控制性质产生影响。美国宾夕法尼亚大学生物工程系生物工程学家Dongeun Huh告诉《中国科学报》。

如何培养一个类器官?目前的类器官培养技术主要使用干细胞,通过模拟人体发育的环境诱导干细胞分化成一个器官内不同类型的细胞,并形成器官的基本结构。但干细胞的来源对于形成的类器官有很大影响。

微流控芯片平台

精妙设计

一些科研人员使用多能干细胞——包括胚胎干细胞和从体细胞诱导而成的多能干细胞,这些细胞理论上能分化成体内任何一种细胞。由于这些类器官重新制定了器官在最初数周和数月内的生长,因此它们能帮助研究人员识别这些过程中出现的“小故障”,例如导致肠道中缺乏某些重要细胞的基因突变。

微流控芯片是一项在微型的管道中操控和处理微量流体的技术。这项技术是从微体电子学发展而来的。不同的是,微流控芯片的管道里流的不是电子,而是液体。虽然目前还处在初始研发阶段,但微流控芯片在生物化学领域所带来的好处以及未来的潜力已经得到广泛的认可和接受。相较传统实验室的技术,微流控有三个最大的优势。

虽然类器官在结构上可以模仿许多脏器内部的精细结构,不过,它们和真正的人体器官有许多不同之处,其中最重要的是缺乏血管系统,而血液对于维持人体器官的生长发育和正常功能都是必不可少的。因此,类器官只能永远处于迷你和简单状态。

“你能看到先天性缺乏在自己眼前的培养皿中发生。”美国辛辛那提儿童医院发育生物学家James Wells说。

小型化

类器官是由成体器官或多能干细胞衍生而来的多细胞结构。由于这些类器官反映了器官在最初数周和数月内的生长,因此能帮助研究人员识别这些过程中出现的小故障。

此外,这些类器官对于神经系统学研究非常有用。例如,在寨卡病毒研究中,科学家研究了病毒对于迷你大脑的影响,发现病毒能拦截并杀死神经前体细胞,从而减缓大脑发育,导致新生儿小头症的出现。

实验空间的缩小不仅可以节约样本的使用量和减少废料,也大大提高了实验的准确性和精度。

英国剑桥大学研究团队借助胎盘绒毛中的细胞培养出了迷你胎盘。这种被称为类器官的实验模型能长期存活,具有遗传稳定性,还能分泌相关蛋白质和激素,与正常的孕早期胎盘十分相似,甚至在妊娠测试中呈阳性反应。它将为研究早期妊娠打开一扇窗,帮助深入探寻妊娠失败及相关疾病发生的原因。

另外一些类器官使用了成体干细胞,通常这些分离自器官组织的干细胞能在脏器受损时帮助修复。这些细胞产生的迷你器官结构较为简单,但仍然能够被用于器官研究。通过这种方法产生的迷你肝、胃、小肠和胰等器官对于研究遗传差异对器官机能的影响和测试药物有很大帮助。

集成化

辛辛那提儿童医院发育生物学部发育生物学家James M. Wells团队及合作者,利用人类多能干细胞培育出肠管状组织,并加入生长因子,成功启动了相关基因代码,促使细胞发育形成人类结肠类器官。移植到实验鼠体内发育6~10周后,这一类器官的形态、结构、分子和细胞特性等都与人类结肠相似。

那么对于类器官的预测准确吗?在药物作用机理研究中,至少一种类器官已经证明了其价值。荷兰Hubrecht研究所干细胞生物学家Hans Clevers和同事,从囊性纤维化患者身上获取小肠细胞并培养出了迷你小肠。当对这个迷你小肠使用福泰制药公司开发的新药后,小肠黏膜的盐、水吸收功能得以恢复,也没有引起炎症反应。

像集成电路一样,设计者可以在一块微流控芯片上添加许多不同的功能板块,每个功能板块之间可以利用管道实现相互流通,大大减小了设备的体积。

你能看到先天性缺乏在自己眼前的培养皿中发生。Wells说。

不过,也有人对此表达了谨慎的看法,他们认为类器官能在多大程度上模拟真实器官尚不清楚。使用迷你大脑研究寨卡病毒的美国约翰斯:霍普金斯大学神经学家Guo-Li Ming认为,迄今为止,类器官缺乏免疫系统,因此在筛选针对病毒的药物时,无法完全复制体内的真实情况。

自动化

不过,Wells也表示,目前类器官设计面临的挑战是将细胞的复杂性以可控的方式转化为类器官,从而实现组织功能的有序组装和获取。我们一直在讨论如何通过基于工程的描述方法设计下一代类器官,以控制装配、形态形成、生长和功能等。

而且,该领域还面临另一个重大挑战:标准化。让干细胞自我组装,将形成具有各种各样形状和细胞类型的类器官。特刊上的一篇文章提出一种排列肠道细胞培养物的方法,以便制备出更统一、成熟的类器官。

微流控芯片的操作可以做到全自动化,从而降低了人工成本和实验耗时。正如集成电路的出现使昂贵且笨重的大型计算机的体积变小,并造成人手一台笔记本电脑和智能手机的现象,微流控芯片的出现势必会在不久的将来改变传统生物化学实验室的模式,让生物化学实验更加普及化。

用工程叙述类器官

类器官能用作器官移植吗?至少现在还不行。研究人员希望终有一天迷你器官能被植入人体,重新发育或修复器官。科学家已经成功将迷你肝脏和小肠植入小鼠体内并发育。而且,Wells等人已经使用实验室培养的组织治疗早产儿感染导致的肠道损伤。但由于无法在实验室培养更大的肠道,因此科学家在探索如何在患者腹部培养一个类器官,然后将它接入肠道。

人体芯片概念

控制类器官发生的工程学原理在于叙述工程学的共识主动性。辛辛那提儿童医院医疗中心的Takanori Takebe表示,这个概念最早出现在昆虫生物学中,用来解释群居行为,是一种间接交流的形式个体间的前后关系、环境和相互依赖的协调,受其过去行为的间接影响。

“类器官距离人体器官移植可能至少还有10年。”Wells说,但如果回到10年前,根本无法想象人们能在培养皿内长出这些迷你器官。

以微流控芯片为平台,人体芯片旨在在人体外模拟人体内部环境。这个内部环境可以是某一块组织,某一个器官,甚至多个器官的组合。人体芯片的制作方法简单来说就是先在微流控芯片中搭建一个目标组织或器官的三维模型,然后将人体细胞培养在模型上。除了拥有微流控芯片技术的低成本、高效性和可控性等优点,人体芯片还可以更准确地模拟人体内微米级或更小的三维环境,从而增加了药物筛选及测试的准确性和可靠性。

类器官的动态多细胞自组装需要将这种共识主动性因子转化为工程驱动力,而这并不是典型组织工程概念的共同目标。Takebe提到,科学家将这一概念解释为与历史或记忆紧密相关的自组织生物系统,即细胞群的形态发生行为不仅受到当前条件的影响,还受到之前事件的影响。

《中国科学报》 (2017-03-22 第3版 国际)

到目前为止,已经发表的不同器官的人体芯片研究成果包括以下 8 种:肠道芯片、肺部芯片、心脏芯片 、血管芯片、肿瘤芯片、胎盘芯片、人眼芯片和人体芯片。

换句话说,生物的自组织来自于细胞间渐进的局部相互作用,这些细胞最初是由环境波动造成的无序系统,后来被正反馈放大。

肠道芯片

而在生物系统中控制生物历史得益于基于多种进化工程驱动原则的整体设计策略,涉及组织工程学、合成生物学、生物制造、生物材料和计算模型等。其中,器官芯片技术是一个备受瞩目的方向。

口服药物进入人体的第一途径就是通过肠道的吸收,所以建立一个人体肠道模型可以为口服药物的吸收、代谢等研究带来帮助。传统的体外培养皿技术将肠道表皮细胞培养在一张通透性膜上,从而形成一张二维的细胞膜将上下两个空间隔离,模拟成人体肠道中内腔和血液的分界面。利用这个模型,科学家可以研究药物从内腔被吸收到血液的效率。然而,实际人体的肠壁充满了小肠绒毛和褶皱等三维结构,同时还有着大量的微生物菌落。这些特点都会影响药物的吸收。

Huh表示,尽管类器官能比芯片器官技术更准确地建模人体,但类器官会以高度可变的方式发育,令人难以进行对照控制。

2012 年,美国哈佛大学Wyss 生物工程学院的Ingber 实验室首次 研制了一款肠道芯片。如图 3–5 所示,研究人员将人体肠道表皮细胞培养在微流控芯片管道中带有一定通透性的膜上,并在管道两侧添加了周期性变化的气压,在通透膜两侧添加了持续的水流来还原人体肠道的蠕动和食物水分的流动。这些物理变化带来的好处就是还原了表皮细胞在人体肠道中所受的物理刺激,促使这些细胞进一步分化,形成三维的褶皱和小肠绒毛结构。除此之外,人体肠道中的微生物群落也被证明可以在这个模型里与肠道表皮细胞共生。和传统的培养皿培养技术相比,这个模型在表皮细胞的面积和药物吸收效率上更接近真实的人体肠道,在未来的药物测试中有着巨大的潜力和市场。

芯片上的器官

肺部芯片

Huh的研究重点是创造芯片上的器官:用人类细胞制造的特殊微型装置,模拟器官的自然细胞过程。Huh实验室设计了一些芯片,可以模拟胎盘和肺部疾病的功能。

在动物体内研究肺部组织具有相当大的困难,因为这个器官持续地受到许多外力的影响,比如呼吸。2010 年,美国哈佛大学Wyss 生物工程学院的Ingber 实验室就首次在芯片中模拟了气管表皮细胞的微环境。其研究人员在一层通透性膜上层培养了一层肺部气管中的表皮细胞,在下层则培养了一层血管表皮细胞。通透膜的上层空间被通入空气,模拟气管内腔;通透膜的下层则通入液体,模拟人体血液环境。这个管道的两侧还有两个管道,可利用气压模拟呼吸循环中肺腑张力和液体压力的变化。使用这个肺部芯片,研究人员展示了在气管缺少表面活性剂的情况下,气管表皮细胞受到的影响。

中科院大连化学物理研究所研究员、大连理工大学教授林炳承团队,利用微流控器官芯片技术突破了人工肾模拟的限制,开发出新一代人工肾,包含肾小球、小球血管、肾小囊、肾血流、肾尿流等10种结构和功能上的仿生设计,可以完整模拟整个血液净化过程。研究人员利用该人工芯片肾在体外鉴定出顺铂可导致肾小管毒性、阿霉素导致肾小球毒性,实现了药物的体外肾毒性分型。

心脏芯片

中科院广州生物医药与健康研究院研究员裴端卿在接受《中国科学报》采访时曾表示,器官芯片或许能够取代动物实验,成为一种颇具前景的研究手段。

研发心血管疾病药物时面临的困难主要来自如何在体外还原心脏微环境中的三维结构、心肌组织的收缩性 和电生理学的特点。2011 年,美国哈佛大学Wyss生物工程学院的Parker实验室研制出一款心脏芯片。其研究人员将心肌细胞培养在一种有弹性、可变形的薄膜上,形成一种肌肉薄膜。每一个心脏芯片里都装配了8 片独立的肌肉薄膜,研究人员可在一次实验中同时观测和对比心肌细胞在不同的刺激下的反应。除了观测心肌细胞的收缩,他们还可以观察到收缩过程中产生的电信号。值得一提的是,肌肉薄膜可以被制作成不同的三维结构,更好地模拟人体中的环境。研究者们成功地在芯片上测试了不同浓度肾上腺素对心脏肌肉细胞收缩性的影响。

而对类器官与芯片器官技术进行整合,或有助于类器官更好地应用于生物医药领域,例如对无法在人体中进行测试的场景进行测试。

血管芯片

我们能非常精准地用芯片器官装置控制在微环境中的细胞,并将类器官的真实生理情况与芯片器官技术的对照和复现性结合,研发出一种更先进的系统,后者能兼收并蓄两者之长。Huh说。

许多心血管疾病发生前的重要征兆是患者出现高血压。高血压在最初的时候通常只是体内某些微小血管中结构和功能的病变。因此,更好地理解血管病变的成因可以增加我们对心血管疾病的预防和治疗效果。2010 年,多伦多大学生理学院的Boltz 实验室研制了一款基于微流控芯片的动脉模型。其研究人员在芯片中搭建了一个空心的血管支架,然后在支架外侧培养了一层血管表皮细胞和一层平滑肌肉细胞。表皮细胞通过自身分泌的血管收缩因子和血管舒张因子调节血管模型的三维形态。研究人员在血管模型的两侧还搭建了导管,用于模拟人体中血管周围环境与血管的物质交换。通过这个模型,研究人员发现,不是所有的应激反应都发生在整个血管表面,血管收缩的反应就只涉及了血管的某一侧细胞群。这个血管芯片实验平台将会对心血管疾病药物的初期研发阶段产生巨大的帮助。

此外,Wells认为,下一代类器官培养还应重视整合关键细胞类型,这些细胞类型在很多器官中共享,如血管、淋巴管、神经、基质细胞和免疫细胞。在器官发生的情况下,血管细胞类型和神经细胞可以分别产生,并在胚胎器官发生期间,在接近它们正常到达的时间内被引入形成类器官。

肿瘤芯片

这一方法能将血管引入大脑和肝脏的类器官,将间神经元和小胶质细胞引入大脑类器官,以及为肠道类器官提供一个功能性的肠神经胶质丛,控制其蠕动。

与其他的器官芯片相比,肿瘤芯片的研发正在以非同寻常的速度发展。研发肿瘤芯片的目的在于还原复杂的肿瘤微环境或者模拟肿瘤转移,从而测试抗肿瘤药物的效果。以微流控芯片为平台,肿瘤芯片可以模拟传统体外模型无法模拟出的肿瘤微环境中的关键因素,包括低含氧量、肿瘤和环境的互动以及营养物质的浓度梯度。

相关论文信息:

2012 年,麻省理工学院癌症综合研究中心的Kamm 实验室研发出一款肿瘤芯片。在这款芯片中,肿瘤细胞和血管内皮细胞被同时培养在三维的水凝胶环境中,从而模拟了肿瘤和血管的互动。代表人体免疫系统的巨噬细胞,则被培养在了血管内皮细胞的另外一侧。利用这个芯片,研究人员们研究了巨噬细胞释放的肿瘤坏死因子对肿瘤细胞转移进血管的促进作用。

DOI:10.1126/science.aaw7567

胎盘芯片

DOI:10.1126/science.aaw7894

据调查,每年有11% 的孕妇会面临早产以及早产带来的胎盘功能紊乱的风险。关于胎盘这个人们了解最少的人体器官,许多问题有待研究,譬如物质是如何在母体和胎儿之间进行交换的。这类问题的研究无法仅仅依靠一个单一的胎盘器官,而需要一个母体和胎盘相互连接的系统。

《中国科学报》 (2019-06-20 第3版 国际)

来自宾夕法尼亚大学生物工程学院的Huh教授带领的团队在《芯片实验室》杂志上首次发表了关于构建这个系统的研究成果。研究人员将两个并行的微流控管道之间用一片通透膜隔开。他们在膜的一侧培养了滋养层细胞,在另一侧培养了胎儿血管的表皮细胞。这两层细胞模拟了胎盘隔离带这一将母体和胎儿循环系统隔离的区域。在胚胎发育的过程中,胚胎里的细胞不间断地发生着变化。这层胎盘隔离带也随着胚胎的发育逐渐变薄。这个变薄的过程对胎儿和母体之间的物质交换而言非常重要。现在,胎盘芯片将首次使我们能够直接观测和研究这个变化的过程,大大促进了我们对早产带来的胎盘功能障碍的研究以及对其的治疗。

人眼芯片

来自宾夕法尼亚大学的Huh 实验组的另一项研究成果是成功地在微流控芯片上模拟了人眼的结构和眨眼的功能。研究人员将人体角膜细胞培养在一个3D 打印出的眼球表面弧线形状的外壳上,以模拟眼球表面的角膜组织和结膜组织。之后,通过使用微流控芯片和自动化系统,研究人员模拟了泪水的分泌和眨眼的过程。这项新的技术可以用于眼睛相关的生理和病理研究,例如药物或者环境污染对眼睛的影响。

人体芯片

尽管人体芯片是时下生物工程界最热门的话题,但真正在微流控芯片中模拟出“人体”的实验成果却不多。大多数时候,我们听到的新闻都是关于在芯片中模拟出“人体的某一个器官”的研究成果。近期,来自美国哈佛大学和英国牛津大学的科学家们研制了7 种不同的小型人体器官模型,并将它们连接在了一起,组成了世界上第一个真正意义上的“人体芯片”。这个一半是细胞,一半是芯片,看上去像集成电路的微型人体看起来与人相去甚远,不过这并不重要。它的目的在于帮助开发和检测新型药物。

“相较动物模型,制药公司更愿意使用这个人体芯片。”正如英国人体芯片公司 CN Bio 的首席执行官埃玛·斯基茨博士所说,制药公司已经开始将研究重心从传统的动物模型向新型的体外器官模型或者其他生物技术上转移了。科学家们的最终目标是将人体的肝脏、肠道、心脏、肾脏、大脑、肺部、生殖系统、免疫系统、血液循环系统和皮肤用器官芯片的方式连接到一起,组成真正的人体芯片。这个目标的最终达成将在极大程度上提升我们在生理健康、疾病预防和治疗药物等领域的研究水平。

人体芯片的未来

人体芯片技术具有先天优势,因此拥有不可小觑的市场前景。到目前为止,已经有多个基于大学实验室的初创公司成立。其中媒体最关注的是基于哈佛大学Wyss 生物工程学院的Ingber 实验室,成立于 2013 年的Emulate Bio 公司。Emulate Bio 公司的核心业务是通过人体芯片研究疾病、药物、化学物质和食物对人体健康的影响。其产品不仅包括肺部芯片、肠道芯片、肝脏芯片和大脑芯片等单个器官芯片,而且也包括将多个器官芯片整合到一起形成的模拟人体的系统。值得一提的是,Emulate Bio 公司的未来发展方向是利用用户自身的细胞制造个人化的人体芯片,从而改变用户了解和管理自身健康的方式。

人体芯片有着广阔的发展和应用前景,同时也面临着技术和市场化的挑战。具体如下。第一,如何利用人体胚胎干细胞或者诱导性多功能干细胞建立一个可以持续使用的体外模型。第二,在现有的人体模型中,细胞大多生长在合成材料构建的三维模型中。这些合成材料对细胞的刺激程度不如人体内环境所带来的刺激程度,还会影响细胞的生长。比如,某些细胞所需的生长物质会被芯片材料所吸收。因此,如何进一步提高芯片材料的生物适应性也是一大难题。第三,现有的芯片材料虽然适合实验室里的芯片开发,却不适合工厂里的大规模芯片生产。第四,由于该技术的全新性,人体芯片的下游数据分析还很难做到与现有的生物分析技术无缝对接。第五,人体芯片的发展需要在尽可能还原人体的复杂度和保持实际操作的简便性之间找到一个平衡点。过低的人体还原度或者过高的操作需求都会限制人体芯片在市场上的推广。

——本文摘自《科技前哨》

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