劍橋大學(xué)領(lǐng)導的研究人員報道說(shuō)，他們的設備可以被修改生成多種類(lèi)型的器官，如肝 臟芯片或心臟芯片，并最終導致一個(gè)芯片身體，以模擬各種治療對整個(gè)身體的影響。
研究以“Transistor in a tube: A route to three-dimensional”為題發(fā)表在《Science Advances》雜志。
生物學(xué)研究過(guò)去是(現在仍然是)在培養皿中進(jìn)行。在培養皿中，特定類(lèi)型的細胞生長(cháng)在平坦的表面。盡管自上世紀50年代以來(lái)，包括小兒麻痹癥**在內的許多醫學(xué)進(jìn)步都起源于培養皿，但這些二維環(huán)境并不能準確地代表人體細胞固有的三維環(huán)境，實(shí)際上可能導致誤導信息和藥物在臨床試驗中的失敗。
而現在，3-D細胞和組織培養是一個(gè)新興的生物醫學(xué)研究領(lǐng)域，使科學(xué)家能夠以前所未有的方式研究人體器官和組織的生理學(xué)。然而，盡管這些3-D文化可以產(chǎn)生，但能夠實(shí)時(shí)準確評估其功能的技術(shù)還沒(méi)有得到很好的發(fā)展。
這項研究的資深作者、劍橋化學(xué)工程和生物技術(shù)系的Roisin Owens博士說(shuō)：“二維細胞模型很好地服務(wù)于科學(xué)界，但我們現在需要轉向三維細胞模型，以開(kāi)發(fā)新一代的療法。”
化學(xué)工程與生物技術(shù)系的博士后研究員 Charalampos Pitsalidis博士說(shuō)：“三維細胞培養可以幫助我們識別新的治療方法，并知道哪些是應該避免的，如果我們能夠精確地監測它們。”
最新這一設備將細胞整合到一個(gè)3-D晶體管中，該晶體管由一種類(lèi)似海綿的軟材料制成，其靈感來(lái)自于天然組織結構。該設備使科學(xué)家能夠以新的方式研究細胞和組織。通過(guò)使細胞在三維空間中生長(cháng)，該裝置更精確地模擬了細胞在體內的生長(cháng)方式。
Owens博士說(shuō)：“我們體內的大多數細胞通過(guò)電信號相互交流，所以為了在實(shí)驗室中監測細胞培養，我們需要將電極連接到它們上，然而，電極非常笨重，很難與細胞培養物連接，所以我們決定把整個(gè)東西顛倒過(guò)來(lái)，把細胞放進(jìn)電極里。”
具體來(lái)說(shuō)，Owens和她的同事開(kāi)發(fā)的這個(gè)裝置是基于一種導電聚合物海綿的“支架”，這種支架被配置成一個(gè)電化學(xué)晶體管。細胞在支架內生長(cháng)，然后整個(gè)裝置被放置在一個(gè)塑料管中，通過(guò)塑料管，細胞所需的營(yíng)養物質(zhì)可以流動(dòng)。使用柔軟的海綿電極代替傳統的剛性金屬電極為細胞提供了一個(gè)更自然的環(huán)境，這是器官芯片技術(shù)在預測器官對不同刺激的反應方面取得成功的關(guān)鍵。
另外，芯片設備上的其他器官需要完全分離，以監測細胞的功能，但由于劍橋led設計允許實(shí)時(shí)持續監測，因此可以對各種疾病的影響和潛在治療的效果進(jìn)行長(cháng)期實(shí)驗。
“有了這個(gè)系統，我們就可以監測組織的生長(cháng)，以及它對外界藥物或毒素的反應。” Pitsalidis說(shuō)，“除了毒理學(xué)測試，我們還可以在組織中誘發(fā)一種特定的疾病，以研究這種疾病的關(guān)鍵機制或發(fā)現正確的治療方法。”
研究人員計劃利用他們的設備開(kāi)發(fā)出一種“腸道芯片”，并將其連接到“大腦芯片”，以研究腸道菌群與大腦功能之間的關(guān)系，并且已經(jīng)在法國申請了該設備的專(zhuān)利。
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