什么是类器官芯片？主要应用有哪些？

1.什么是类器官芯片

类器官芯片是传统器官芯片在生物技术方面的延伸，指由原代组织、ESCs、iPSCs在芯片微环境之中衍生发育的各种类器官模型，其含有某个器官特有的多种细胞类型，与人类器官拥有高度相似的组织学和基因型特征，并部分重现该器官的特有生理功能，应用领域广泛。

2.类器官芯片的主要应用

(1)器官发育模型的构建及发育生物学的研究

类器官芯片可准确模拟靶器官的组织结构将微通道作为可溶性因子的来源与分布途径,控制ECM中生化浓度梯度的分布,诱导类似体内组织区域化。细胞间相互作用在维持内环境稳定和信号转导等方面非常重要,类器官芯片运用集成培养腔可体外模拟多器官之间的相互作用。

(2)疾病模型的构建及应用研究

疾病模型构建是癌症研究的一大难点,包括肿瘤发生发展、发育障碍、微生物感染等。在类器官芯片上培养患者来源的肿瘤细胞或者iPSCs,在构建特异性疾病模型方面具有很大的潜力,能实现患者“个性化”治疗。

(3)药物开发和研究

药物研发需要考虑药物的药代动力学、毒副作用、递送系统效率等;但由于缺乏实际可控的临床模型而使药物研发过程变得昂贵而漫长。类器官芯片基于其高通量、集成度高、重现性等优点可减少药物研发成本,被广泛运用在药物筛选和药物分析等领域。

(4)免疫反应

类器官在培养过程中会丢失一部分免疫细胞、关键基质细胞和细胞因子,这会限制患者来源的类器官在化疗和靶向药物筛选中的功能测试。研究表明癌症和免疫细胞的相互作用具有个体差异和器官差异性因此通过类器官芯片共培养肿瘤类细胞和免疫细胞并通过微流控模拟肿瘤微环境和捕捉细微动态的变化,或许能克服这一困境。

总的来说，类器官的优势在于高仿真性，具有与人体器官高度相似的组织学特征和功能，不过在更高仿生度、可控性、可重复性上具有局限;而器官芯片在建模的可控性和标准化上具有优势，而且可以通过共培养技术实现更复杂模型的构建，但是由单一种类细胞构建的器官芯片模型在生物学的仿生程度不够。理论上，类器官芯片整合了这两种技术路线的优势，是前沿技术交叉融合的实践。2019年，Science杂志发表的综述首次提出了类器官芯片概念。类器官芯片也被视为器官芯片发展最前沿的方向之一。

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