類器官芯片技術，作為類器官技術與器官芯片技術的結合，開辟了生物醫(yī)學領域的新領域。近日，來自中國科學院大連化物所的秦建華研究員等人在Life Medicine雜志上發(fā)表了《Advances in human organoids-on-chips in biomedical research》為題的綜述文章，并在這篇綜述中重點介紹了芯片類器官的特征和最新進展及其在生物醫(yī)學研究中的應用，最后還討論了類器官芯片在新興領域中的機遇和挑戰(zhàn)。

大多數(shù)類器官依賴于在培養(yǎng)皿中動物來源的3D基質(通常是Matrigel)中干細胞的自組織。然而現(xiàn)存類器官模型的結構、表型和細胞組成具有高度可變性，自組織的隨機過程也會導致微環(huán)境不受控制，且類器官缺乏多細胞或類器官-類器官相互作用，另外，類器官培養(yǎng)系統(tǒng)需要繁瑣的人工操作，分析通量低，可能阻礙其轉化應用。

為了將類器官與器官芯片技術優(yōu)勢相結合，作者對一系列綜合策略進行了討論：

灌注3D培養(yǎng)：通過設計特定的培養(yǎng)室和精確控制連續(xù)流量可實現(xiàn)類器官的灌注3D培養(yǎng)。已有研究證明了流體流動在類器官發(fā)育中的重要作用。

組織微環(huán)境控制：在體內，干細胞在規(guī)定的時間點暴露于外在形態(tài)發(fā)生或生長因子以誘導分化和類器官形成。這些信號可以通過激活所需的發(fā)育信號通路來觸發(fā)類器官發(fā)生。類器官形態(tài)發(fā)生也受到外界微環(huán)境線索的緊密控制，包括生化因素(細胞因子、形態(tài)梯度)和物理因素(機械力、電信號)。對于三維組織和器官，通過精確地時空控制生理微環(huán)境線索來提高類器官的生成是至關重要的。類器官芯片可以通過構建形態(tài)梯度和提供各種模擬組織的機械刺激以控制組織生長的微環(huán)境。

類器官血管化：在體內，器官由分層的血管網(wǎng)絡組成，通過輸送足夠的營養(yǎng)和氧氣來保證器官的發(fā)育和成熟?；诖?，集成血管網(wǎng)絡的類器官芯片對于解決當前類器官系統(tǒng)中養(yǎng)分擴散受限和成熟度較低的問題是必要的。

組織間相互作用：器官的相互作用是器官發(fā)生所必需的。將多個類器官組合在一個系統(tǒng)中，對于概括系統(tǒng)組織間或器官間的通信至關重要，這對器官發(fā)育以及準確的藥物和治療研究至關重要。器官芯片技術已顯示出通過靈活設計建立不同組織功能連接的前景。

高通量分析：為了實現(xiàn)類器官的充分利用，還需要分析來自類器官模型的多參數(shù)信號和多維信息，這是目前類器官系統(tǒng)所缺乏的。該功能讀出系統(tǒng)將有助于自動控制類器官培養(yǎng)，更好地了解微環(huán)境參數(shù)對類器官發(fā)育的影響。集成多路生物傳感器，如氧傳感器和電子陣列，是潛在的解決方案。

接下來，作者回顧了在大腦、腸道、肝臟、多器官等領域類器官芯片的研究進展，這些類器官芯片模型促進了在可控干細胞微環(huán)境下具有更復雜結構和功能的類器官的發(fā)展和成熟。此外，它們已初步應用于器官發(fā)育、藥物試驗和疾病建模，在生命醫(yī)學領域顯示出重要前景。

最后，作者對類器官芯片技術的未來進行了展望。類器官芯片技術具有更高可重復性、更復雜的結構和在受控制或多類器官相互作用條件下改善類器官的特點，解決了一部分現(xiàn)有類器官系統(tǒng)的局限性。未來，類器官芯片可以有效地與其他前沿技術（如基因編輯、人工智能等）集成，以進一步提高類器官反應人類生理過程的準確性。

參考文獻：

Yaqing Wang, Jianhua Qin, Advances in human organoids-on-chips in biomedical research, Life Medicine, 2023.

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