劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究人員報道說，他們的設(shè)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，并最終導(dǎo)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(fā)表在《Science Advances》雜志。
生物學(xué)研究過去是(現(xiàn)在仍然是)在培養(yǎng)皿中進行。在培養(yǎng)皿中，特定類型的細胞生長在平坦的表面。盡管自上世紀(jì)50年代以來，包括小兒麻痹癥**在內(nèi)的許多醫(yī)學(xué)進步都起源于培養(yǎng)皿，但這些二維環(huán)境并不能準(zhǔn)確地代表人體細胞固有的三維環(huán)境，實際上可能導(dǎo)致誤導(dǎo)信息和藥物在臨床試驗中的失敗。
而現(xiàn)在，3-D細胞和組織培養(yǎng)是一個新興的生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，使科學(xué)家能夠以前所未有的方式研究人體器官和組織的生理學(xué)。然而，盡管這些3-D文化可以產(chǎn)生，但能夠?qū)崟r準(zhǔn)確評估其功能的技術(shù)還沒有得到很好的發(fā)展。
這項研究的資深作者、劍橋化學(xué)工程和生物技術(shù)系的Roisin Owens博士說：“二維細胞模型很好地服務(wù)于科學(xué)界，但我們現(xiàn)在需要轉(zhuǎn)向三維細胞模型，以開發(fā)新一代的療法。”
化學(xué)工程與生物技術(shù)系的博士后研究員 Charalampos Pitsalidis博士說：“三維細胞培養(yǎng)可以幫助我們識別新的治療方法，并知道哪些是應(yīng)該避免的，如果我們能夠精確地監(jiān)測它們。”
最新這一設(shè)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制成，其靈感來自于天然組織結(jié)構(gòu)。該設(shè)備使科學(xué)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(nèi)的生長方式。
Owens博士說：“我們體內(nèi)的大多數(shù)細胞通過電信號相互交流，所以為了在實驗室中監(jiān)測細胞培養(yǎng)，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(yǎng)物連接，所以我們決定把整個東西顛倒過來，把細胞放進電極里。”
具體來說，Owens和她的同事開發(fā)的這個裝置是基于一種導(dǎo)電聚合物海綿的“支架”，這種支架被配置成一個電化學(xué)晶體管。細胞在支架內(nèi)生長，然后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(yǎng)物質(zhì)可以流動。使用柔軟的海綿電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛性金屬電極為細胞提供了一個更自然的環(huán)境，這是器官芯片技術(shù)在預(yù)測器官對不同刺激的反應(yīng)方面取得成功的關(guān)鍵。
另外，芯片設(shè)備上的其他器官需要完全分離，以監(jiān)測細胞的功能，但由于劍橋led設(shè)計允許實時持續(xù)監(jiān)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(tǒng)，我們就可以監(jiān)測組織的生長，以及它對外界藥物或毒素的反應(yīng)。” Pitsalidis說，“除了毒理學(xué)測試，我們還可以在組織中誘發(fā)一種特定的疾病，以研究這種疾病的關(guān)鍵機制或發(fā)現(xiàn)正確的治療方法。”
研究人員計劃利用他們的設(shè)備開發(fā)出一種“腸道芯片”，并將其連接到“大腦芯片”，以研究腸道菌群與大腦功能之間的關(guān)系，并且已經(jīng)在法國申請了該設(shè)備的專利。
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