器官芯片的概念提出已久,產業化的進程卻十分緩慢,探究其中原因,大致可以分為三點。
首先,即使是最先進的器官芯片,也無法完全代表活體器官的功能。畢竟,所有的器官都不可能脫離機體單獨存在。雖然化整為零具有建設性的意義,但整體大于部分,僅依靠器官芯片是無法復制疾病機體的,尤其是內分泌環境所導致一系列功能變化。
因此,我們必須考慮人體這個整體的關聯性,在這方面,我們可以利用單個芯片組成一個高集成度的3D組織器官微流控芯片系統。大連理工大學的研究團隊就研發出了這樣的芯片系統,該芯片系統由多種模塊自上而下依次疊加構成,集成了腸、血管、肝、腫瘤、心、肺、肌肉和腎等細胞或組織,并有“消化液”,“血液”和“尿液”貫穿其中。如此,器官芯片就像一個積木,將所有的積木堆積起來,就能最大程度地打造一個“人體建筑”,還原人體內功能環境,并實現藥物測試等作用。
其次,器官芯片仍是一個成長中的技術,產業鏈的不成熟將導致成本增加。Oxford的CNBio公司用裝有12個微型肝臟的芯片做藥物的毒性試驗,目前一個單元的價格是22000,單位是美元。事實上,這個價格比起動物試驗已經低廉很多,要知道,做同樣的試驗,小鼠的價格為$50000美元。
但是,這所謂的“低廉”放在產業化進程中,依舊是要打上問號的。目前來看,器官芯片在科研上使用居多,而科研經費也足夠支撐該類工具的使用,但我們對器官芯片更大的希冀是落地于普通人的醫療,如果器官芯片要走向產業化,仍需要控制成本。當然,隨著產業鏈的完善,其優勢會慢慢凸顯出來,成本問題也會得到相應的解決。
在此之前,我們或許可以將3D打印技術作為器官芯片制作方法的重要補充。3D打印技術至少會在兩個方面對器官芯片造成影響,一是芯片制備,二是生物打印。尤其在芯片制備上,3D打印已經能夠制造出有很高分辨率,結構復雜的芯片,還具備制作周期短,單元操作簡單、成本低廉的優點,哈佛大學Wyss生物工程研究所和哈佛JohnA.Paulson工程和應用科學院的研究人員就利用3D打印制造出了首個完整的帶集成傳感系統的器官芯片。
最后,微流控芯片普遍存在有一個問題,即宏觀試樣與微芯片的銜接不易。芯片上的進樣多采用手工完成,效率低下,可靠性也較差,極容易影響細胞的活力,影響細胞進程和生物特征的實時檢測,因此,我們還需要研發出更多的協助性產品,比如連續進樣系統,保證在制備上做到自動化、微型化和集成化。
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原文標題:器官芯片面臨的問題
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