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对微流控芯片技术的展望

2020.4.23

微流控技术由微加工技术与三维培养相结合产生,在体外细胞培养中潜力较高。多器官微流控芯片技术可在微尺度对流体精准控制,模拟人体生理环境,克服了传统二维细胞培养模式与动物实验的不足,具有高度仿生性。MOC系统的发展结合了工程技术的优点,可调整流体流动和微通道中可控的局部组织-流体比率。MOC技术旨在建立人工的仿生环境,在器官-组织水平上模拟,以研究不同器官细胞之间的相互作用、相关生理代谢途径以及生理毒性检测等。

人体芯片(Human-on-a-chip)是一种利用微加工技术,基于MOC系统将多个器官微流控芯片连用反映人体整体系统的仿真体系。自2011年NIH、FDA和国防部人体芯片专项设立以来,全世界范围内掀起了人体芯片的研究热潮。Human-on-a-chip旨在通过动态控制细胞微环境的各种培养条件,在微流控芯片上模拟人类多个器官主要功能,从而达到复原芯片上的“人体”系统。相较于单器官芯片,人体芯片更能全面反映机体器官功能的复杂性、功能变化和完整性,并且应用性更强。 

目前,基于MOC系统的发展和完善,已经实现了体外模拟心脏、生物血管、肺癌细胞转移、 肠道功能和肾脏生物屏障等环境。虽然MOC克服了传统二维细胞和动物实验的诸多不足,但是也面临芯片设计上器官的缩放、高通量分析、芯片上的检测分析、疾病模型和细胞来源等问题,在实验中涉及到的长期的动态营养平衡、器官的细胞和组织稳态、毒性检测的完整性、检测方法的特异性和灵敏度、芯片的材料等依旧是MOC系统亟待解决和完善的。此外,MOC在生物学研究、医学、毒性测试、药物代谢等领域应用比较多,但在进入体内的污染物比如颗粒物PM2.5对人体的毒害及体内代谢方面研究极少。相信随着技术的发展和研究的深入,MOC系统将广泛应用于医学、药学、生命科学等领域,我们离‘Human-on-a-chip’的实现亦越来越近。


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