劍橋大學領導的研究人員報道說，他們的設備可以被修改生成多種類型的器官，如肝臟芯片或心臟芯片，並最終導致一個芯片身體，以模擬各種治療對整個身體的影響。
研究以“Transistor in a tube: A route to three-dimensional”為題發表在《Science Advances》雜誌。
DOI: 10.1126/sciadv.aat4253
生物學研究過去是(現在仍然是)在培養皿中進行。在培養皿中，特定類型的細胞生長在平坦的表面。儘管自上世紀50年代以來，包括小兒麻痺症疫苗在內的許多醫學進步都起源於培養皿，但這些二維環境並不能準確地代表人體細胞固有的三維環境，實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新興的生物醫學研究領域，使科學家能夠以前所未有的方式研究人體器官和組織的生理學。然而，儘管這些3-D文化可以產生，但能夠實時準確評估其功能的技術還沒有得到很好的發展。
這項研究的資深作者、劍橋化學工程和生物技術系的Roisin Owens博士說：“二維細胞模型很好地服務於科學界，但我們現在需要轉向三維細胞模型，以開發新一代的療法。”
化學工程與生物技術系的博士後研究員 Charalampos Pitsalidis博士說：“三維細胞培養可以幫助我們識別新的治療方法，並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3-D晶體管中，該晶體管由一種類似海綿的軟材料製成，其靈感來自於天然組織結構。該設備使科學家能夠以新的方式研究細胞和組織。通過使細胞在三維空間中生長，該裝置更精確地模擬了細胞在體內的生長方式。
Owens博士說：“我們體內的大多數細胞通過電信號相互交流，所以為了在實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東西顛倒過來，把細胞放進電極裡。”
具體來說，Owens和她的同事開發的這個裝置是基於一種導電聚合物海綿的“支架”，這種支架被配置成一個電化學晶體管。細胞在支架內生長，然後整個裝置被放置在一個塑料管中，通過塑料管，細胞所需的營養物質可以流動。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更自然的環境，這是器官芯片技術在預測器官對不同刺激的反應方面取得成功的關鍵。
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，但由於劍橋led設計允許實時持續監測，因此可以對各種疾病的影響和潛在治療的效果進行長期實驗。
“有了這個系統，我們就可以監測組織的生長，以及它對外界藥物或毒素的反應。” Pitsalidis說，“除了毒理學測試，我們還可以在組織中誘發一種特定的疾病，以研究這種疾病的關鍵機制或發現正確的治療方法。”
研究人員計劃利用他們的設備開發出一種“腸道芯片”，並將其連接到“大腦芯片”，以研究腸道菌群與大腦功能之間的關係，並且已經在法國申請了該設備的專利。
參考文獻：
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