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3D器官芯片可实时监测细胞活动

2018-10-30 来源:科技日报 作者:

  英国剑桥大学网站近日发布公告称,该校研究人员开发出一种三维(3D)器官芯片,可实时监测细胞活动,有望用于开发新疗法,同时减少研究中实验动物的使用数量。

  新设备基于导电聚合物海绵“支架”,研究人员将其组装成三维的电化学晶体管。细胞在支架内生长,然后将整个装置置于塑料管内,细胞所需营养可通过塑料管流动。使用柔软的海绵电极代替传统的金属电极,为细胞提供了更自然的环境,也是器官芯片技术成功预测器官对不同刺激反应的关键。研究人员表示,借助该装置,他们可以新方式研究细胞和组织。

  生物学研究目前仍然在培养皿中进行,其中特定类型的细胞在平坦的表面上生长发育。虽然自20世纪50年代以来,借助此方法取得了不少医学进步,但这些二维环境并不能准确展示人体细胞的原生三维环境,事实上还可能导致错误信息。

  最新研究作者、剑桥大学化学工程和生物技术系罗易斯·欧文斯博士说:“我们现在需要求诸三维细胞模型以开发下一代疗法,三维细胞培养可以帮助我们找到新疗法,并知道应该避免哪些疗法。”

  研究人员称,其他器官芯片设备需要完全拆开以监控细胞的功能,但新设计允许实时连续监测,因此,可对不同疾病及其潜在疗法的效果进行长期实验。借助这一系统,他们可以监测组织生长及其对外部药物或毒素的反应。此外,还可以诱导组织罹患特定疾病,以供研究与该疾病有关的关键机制或发现正确疗法。

  而且,新设备还可以修改,成为多种类型的器官芯片,如肝脏芯片、心脏芯片等,最终得到“身体芯片”,其可以模拟各种治疗方法对整个身体的影响。研究人员计划利用他们的设备开发肠道芯片并将其附着到大脑芯片上,以研究肠道微生物组与大脑功能之间的关系。

  目前,他们已在法国为该设备申请了专利。研究结果发表于最新一期的《科学进展》杂志。

  其它资讯:

  在过去十年,干细胞研究领域取得的关键进展之一,就是类器官体系的发展。首先,科学家们从病人体内取出一些细胞,放在培养皿中,培养出所谓的“类器官”,而类器官属于三维(3D)细胞培养物,与来源组织和器官高度相似,科学家在实验室观察类器官的发展,也就像是在观察人体的变化。有了类器官,人们可以更好地检验药物的功能对病人的影响以及发展实验室层面的再生治疗法。而最近,辛辛那提的科学家在实验室培育出了迷你版的食道,这是科学家首次完全使用人体干细胞实现了这一创举。

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