什么是類器官芯片？主要應用有哪些？

1.什么是類器官芯片

類器官芯片是傳統器官芯片在生物技術方面的延伸，指由原代組織、ESCs、iPSCs在芯片微環境之中衍生發育的各種類器官模型，其含有某個器官特有的多種細胞類型，與人類器官擁有高度相似的組織學和基因型特征，并部分重現該器官的特有生理功能，應用領域廣泛。

2.類器官芯片的主要應用

(1)器官發育模型的構建及發育生物學的研究

類器官芯片可準確模擬靶器官的組織結構將微通道作為可溶性因子的來源與分布途徑,控制ECM中生化濃度梯度的分布,誘導類似體內組織區域化。細胞間相互作用在維持內環境穩定和信號轉導等方面非常重要,類器官芯片運用集成培養腔可體外模擬多器官之間的相互作用。

(2)疾病模型的構建及應用研究

疾病模型構建是癌癥研究的一大難點,包括腫瘤發生發展、發育障礙、微生物感染等。在類器官芯片上培養患者來源的腫瘤細胞或者iPSCs,在構建特異性疾病模型方面具有很大的潛力,能實現患者“個性化”治療。

(3)藥物開發和研究

藥物研發需要考慮藥物的藥代動力學、毒副作用、遞送系統效率等;但由于缺乏實際可控的臨床模型而使藥物研發過程變得昂貴而漫長。類器官芯片基于其高通量、集成度高、重現性等優點可減少藥物研發成本,被廣泛運用在藥物篩選和藥物分析等領域。

(4)免疫反應

類器官在培養過程中會丟失一部分免疫細胞、關鍵基質細胞和細胞因子,這會限制患者來源的類器官在化療和靶向藥物篩選中的功能測試。研究表明癌癥和免疫細胞的相互作用具有個體差異和器官差異性因此通過類器官芯片共培養腫瘤類細胞和免疫細胞并通過微流控模擬腫瘤微環境和捕捉細微動態的變化,或許能克服這一困境。

總的來說，類器官的優勢在于高仿真性，具有與人體器官高度相似的組織學特征和功能，不過在更高仿生度、可控性、可重復性上具有局限;而器官芯片在建模的可控性和標準化上具有優勢，而且可以通過共培養技術實現更復雜模型的構建，但是由單一種類細胞構建的器官芯片模型在生物學的仿生程度不夠。理論上，類器官芯片整合了這兩種技術路線的優勢，是前沿技術交叉融合的實踐。2019年，Science雜志發表的綜述首次提出了類器官芯片概念。類器官芯片也被視為器官芯片發展最前沿的方向之一。

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