維斯研究所（Wyss Institute）研制出的器官芯片可以讓培養(yǎng)的細胞表現(xiàn)得和體內(nèi)細胞更加接近。這套設備可以提高藥物研發(fā)的速度和成功率，還能減少動物試驗。
芯片上的腸子 “芯片上的腸子”是維斯研究所為了讓細胞生長在和器官相似的環(huán)境中而研發(fā)出的最新設備。這塊芯片上有兩條微流通道，被可以生長腸細胞的多孔膜分開。攝影：喬舒亞·圖斯特（JOSHUA TOUSTER）
藥廠測試新藥的方法已經(jīng)出現(xiàn)了問題，而唐納德·因格貝爾（Donald Ingber）想出一個解決方法。
一般來說，科學家通過動物實驗來對候選藥物進行檢測。但是在很多時候，“動物試驗的結(jié)果卻和人體試驗結(jié)果不符。”哈佛大學維斯研究所（Wyss Institute）的主任因格貝爾表示。當然，一上來就直接進行人體試驗風險確實太大。“為了解決這個問題，我們提出了一個用人類細胞進行研究的方法”，他說：“不過這些人類細胞并不是培養(yǎng)皿中的那種，而是具有身體器官的結(jié)構(gòu)和功能特征。”
為了做到這一點，因格貝爾和他的團隊正在研發(fā)一整套微型的設備，用來模擬器官在人體中的結(jié)構(gòu)和環(huán)境，效果比簡單的培養(yǎng)皿要更加逼真。
維斯研究所在微型芯片上培養(yǎng)出的第一個器官是一只可以呼吸的肺。這塊透明的芯片大小和拇指相仿，由細胞親和的材料制成，為生長中的人類肺部細胞提供了平臺。在芯片的表面，有一些細小的管道穿過。其中，中央管道是肺部細胞生長的地方，空氣和液體也從中流過。此外，科學家還可以向側(cè)面的管道施加真空壓力，這樣中央管道就可以像人類的肺部一樣擴大和收縮。研究團隊發(fā)現(xiàn)，類似這樣的機械力可以影響細胞的行為。就肺部細胞而言，機械呼吸可以讓它們吸收流進氣室中的粒子。
最近，維斯研究所又在微型芯片上培養(yǎng)出了人體腸道細胞。這些人體細胞排列在芯片的中央管道里。研究人員可以讓它們進行波狀的運動，模擬消化過程中的腸道運動。在芯片里，細胞可以形成指狀的結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)名為腸絨毛，在人體中可以起到吸收營養(yǎng)和其他化合物的重要作用。不過，在培養(yǎng)皿中生長的腸道細胞卻不會長出腸絨毛，說明對這些腸道細胞來說，微型芯片是比培養(yǎng)皿更加適宜的環(huán)境。科學家還可以在管道內(nèi)培養(yǎng)腸道細胞的同時，生長常見的腸道細菌。因格貝爾介紹說，在培養(yǎng)皿中，細菌的數(shù)量壓倒性地超過人體細胞的數(shù)量，“而現(xiàn)在我們可以研究復雜得多的相互作用了。”
每一塊模擬器官的芯片都可以讓科研人員研究更接近自然環(huán)境中的人體細胞，檢驗這些細胞對藥物和毒素的反應?，F(xiàn)在，因格貝爾正在嘗試把幾塊不同的芯片連接在一起，并用更加完整的視角進行研究。因格貝爾和他的合作者相信，如果可以連接微流芯片上的心、肺、腸、腎，以及其他器官，他們就可以更好地研究各種身體中的各種過程，以及人體對不同化合物產(chǎn)生的反應。
維斯研究所的凱文·基特 ·帕克（Kevin Kit Parker）正展開一個項目，測試吸入性藥物對心臟的副作用。這也是藥物研發(fā)的一個長期問題。“心臟毒性實際上是藥物研發(fā)失敗的最主要的原因，哪怕這種藥物的靶標并非心臟。”因格貝爾說。
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