张梦然

轮状病毒感染会导致幼儿腹泻、呕吐及脱水甚至死亡，在某些国家高达98%的孩子在接种轮状病毒疫苗后终生免疫；然而，在另外一些国家却只有大约30%的儿童能产生长期免疫力，这是因为测试样本不足够全面造成的。

美国弗吉尼亚大学医学院的肠胃专家Shane Moore希望能依靠器官芯片解决这个问题，他说：“这对于我来说是一个重大挑战。”

一个由哈佛·韦斯中心的微流体系统营造的生物模拟器是器官芯片的一种用途，它能够创建出人体内环境类似的状况。

器官芯片看似与U盘相仿：一片柔性聚合物矩形压片，大小约与U盘相似。然而，其却是一部复杂的生物工程杰作——结构复杂、内部布满微小的通道，衬以活体的人体组织。它们能随液体和空气的流动扩张或收缩，模仿呼吸、血液流动以及蠕动等关键器官的功能。

这些器官芯片在疾病研究中有着重要的作用，此外它们还被用来开发药物、以及对个体化的治疗方案进行筛选分析。随着技术的发展，器官芯片将会对其领域产生深远的影响。

动物模型存在缺陷

波士顿生物科技公司的药物学及首席科学家诺拉·尤尔特说，"在开发新药的过程中，你必须做三件事：你要保证安全性；你要确保有效性；你还要有制造出这种产品的能力。"

为了实现这一点，肖恩·摩尔一直在对小鼠进行大量研究，但是，在将这些发现应用到人类治疗方案的过程中却屡遭挫折：大约有95%的实验药物在人体上都会失败。从1962年开始研究人员就已开始记录这一转化上的差距。

制药公司在药物开发中广泛使用的动物模型已逐渐被越来越多的科学家质疑。哈佛韦斯生物启发工程研究所创始人唐·英格伯曾明确表示，“所有的制药企业都清楚，这些动物模型非常糟糕。”

只有最近，人们才有了更好的选择，即采用“有机芯片”，私家侦探，侦探公司，调查公司，查人找物，商务调查，出轨外遇调查，婚外情调查，私人调查，19209219596这种新型设备提供了一种能够可行替代的人体器官移植手术方案。

事实上，器官芯片这一概念已经存在了近三十年时间。有很多团队一直在致力于这项研究，并且普遍认为这一领域的主要推动者是康奈尔大学的化学工程名誉教授迈克尔·舒勒。

在20世纪80年代，舒勒设想了一种“芯片上的动物”概念：一个由各种人类细胞组成的培养基，它可以在其中测试药物的可能作用机制和效果。他梦想的是通过将不同的组织细胞排列到同一片芯片上，使它们相互连接，以模拟人体器官之间的化学通讯以及药物进入体内的路径。

这一设想在过去，可以说是在科学上开辟了一个全新的领域。

需要更精确的数据来治疗人类疾病。

在这一框架内，麻省理工学院生物工程学创始人琳达·格里菲斯，在1998-20世纪末期开发了早期版本的“肝脏芯片”：一块扁平的硅芯片只有几百微米高，并含有内皮细胞、氧气和液体通过泵、硅胶管和带有微孔的聚合物膜流入和流出。她将肝细胞放入芯片，这些细胞自行排列成三维组织结构。这并非真正的肝脏组织，但其功能却能模仿正常人体肝脏的部分功能。

格里菲斯对器官芯片的潜在重要性有着切身的体会。她本人患有子宫内膜异位症这种疾病，这一病症导致子宫内膜细胞在腹部蔓延生长几十年来，格里菲斯一直深受恶心、疼痛和失血的折磨以及需要进行反复手术的困扰作为一名科学家，格里菲斯深知慢性疾病的不足研究、资金缺乏以及治疗不当现象。她也意识到数十年的动物实验，并没有为像她这样的女性带来任何改善她的看法是医学界更应该关注人类细胞的研究数据而不是老鼠对人类病症的模拟

2009年之前，唐·英格伯实验室创造了第一个功能完善的器官芯片。该芯片为“肺”形状，由可折叠的硅胶制成，并覆盖有由私家侦探，侦探公司，调查公司，查人找物，商务调查，出轨外遇调查，婚外情调查，私人调查，19209219596人类肺细胞和毛细血管细胞组成的组织，以模拟人肺的功能。“肺”的核心结构由其独特的微处理器控制。几年后，英格伯创立了Emulate公司，这是最早生产微生理系统生物技术的公司之一。

器官芯片或彻底改变医药研发

据已知报道显示，在全球已经有超过六十家公司开发并商业化使用了器官芯片技术，该技术主要被用于研究六大重要内脏器官：肝脏、肾脏、肺部、肠及大脑。

每一款芯片都显示出了一些特定的功能，如心脏芯片的内含，就显示了心脏细胞的运作方式，从而研究人员得以模拟各种心律不齐疾病和心脏功能障碍的情况。

来自麻省理工学院的研究人员设计出一个微流体平台，它可将多达十个由人工制造的结构紧密相连，并与菲利斯·弗朗克尔提供的一幅照片相配。

2011年美国国立卫生研究院成立了转化科学促进中心并开始投资器官芯片及其他体外技术。国防部高级研究计划局以及其他机构也开始效仿。例如，最近资助美国国家航空航天局科学家将"心脏芯片"送入太空在低重力条件下待6个月可使心血管系统衰老10岁这项实验可以让研究人员可在不伤害动物或人类的情况下研究老化的影响。

Schulz则表示，如果能够成功研制出器官芯片技术，则将从根本上革新医学研究领域，其主要意义在于如同将药物直接送到患者体内一样，在现有的医药研发方式下却是难以实现的。

舒勒公司的生物技术公司在研究中使用了器官芯片来评估一种可能的治疗方法，这是一种可以改善重症肌无力症状的药物，该药物于2022年被FDA批准进行进一步临床测试，这是自上一次有新药进入这一阶段以来唯一获得批准的六种药物之一。

尽管芯片技术已经非常先进但还存在一些不足比如用户体验不如人意以及成本采购也是一个挑战不过从好的方面来看器官芯片能够帮助医学界解决很多根深蒂固的健康问题譬如本文开篇中摩尔面临的疫苗研发样本不均衡难题科学家也能创建更完善的医疗系统同时，这些芯片还将减少实验室对动物的需求，并改善大量人类疾病相关实验结果

最终这些器官芯片可能会改变全世界的实验室。