器官芯片：3D细胞规模化培养的创新引擎，推动医学研究新高度
经典的器官芯片模型是什么样的？
器官芯片技术（organ-on-a-chip）是将3D细胞培养和微流控技术结合后形成的一种新型体外细胞培养方案，能够在体外更好地模拟不同器官/组织的病理或生理微环境。该模型的经典代表——肺芯片最早由哈佛大学Wyss研究所的团队建立并于2010年发表在Science上，这是一个由四通道和多孔膜构成的柔性芯片结构（图1），其中相叠的上下双通道是细胞的生长空间：多孔膜两侧分别长有肺上皮细胞和肺血管内皮细胞，其中上皮细胞处在气-液界面培养环境下，内皮细胞处在完全的液体环境里，这两类细胞及其生长环境通过多孔膜上的孔产生不连续的联系，从而能够模拟呼吸道/肺泡处微结构，两侧排列的通道在一定频率的通气/抽真空后能够使多孔膜发生规律性拉伸形变，从而模拟呼吸运动1。
图1：经典的肺器官芯片结构示意1
除了模拟肺泡外，该经典结构还能模拟不同器官中的上皮细胞-微血管内皮细胞相接的微环境，在此基础上，肠道芯片、乳腺芯片、肾芯片、脑芯片等各器官组织的芯片纷纷应运而生，为形成更近似人体的体外细胞培养平台——人体芯片（human-on-a-chip）打下了坚实基础2。
图2：人体芯片示意图2
器官芯片技术的发展前景如何？
2022年美国国会通过的《FDA现代化法案2.0》中明确提出：动物实验不再是新药提交临床试验申请的必须项，这意味着动物实验的替代技术，如类器官培养、器官芯片等迎来了大规模参与药物研发的曙光。同年，FDA正式批准首个完全基于器官芯片获取实验数据的药物阿齐瑞格（Azeliragon）开展临床试验，2023年，FDA批准了赛诺菲和Hesperos联合研发的用于两类治疗罕见性神经系统自免疾病Sutimlimab的IND申请，在临床前试验阶段，专门为之开发的器官芯片新模型弥补了这两类罕见病无动物模型可用的缺陷3。以上两个实例说明：器官芯片技术在药物研发尤其是罕见病、突发传染病领域具有巨大的研究进程推进力。
器官芯片培养利器——Emulate器官芯片平台
Emulate即出身于Wyss研究所，自2014年成立至今一直深耕于器官芯片研发与应用领域，迄今已获得超过2亿美元融资，其推出的各类器官芯片产品已被美国政府、药企投入使用。下面我们将介绍Emulate推出的全自动器官芯片培养系统——人体仿真系统®（图3）。
图3：人体仿真系统®
● 该系统由以下三部分组成
Pod®模块：该模块是直接搭载器官芯片的培养界面，器官芯片在装载细胞后接入该模块做培养，模块上方是培养基和排出物的贮存池
Zoë-CM2™模块：这是一个可抽拉式的培养容器，能够包容多个Pod®模块串联排列在其中（最多 12 个），同时可以自动化控制每个Pod®模块所需的培养条件，从而实现器官芯片上细胞的生长增殖。
Orb® 模块：能够同时为多个 Zoë-CM2模块（最多4个）提供细胞生长所需气体。
此外，本系统还配有专门的软件系统用于器官芯片实验设计、自动化实验流程监测及结果分析。
器官芯片应用有哪些？
1、可作为检测容器在3D培养后进行高通量的体外药理、药效实验分析。
2、可在体外模拟特定组织/器官的生理结构然后用于构建疾病模型。
3、可作为类器官的培养载体用于个性化医疗。
综上，器官芯片平台是一个新兴的、能更好模拟在体环境的体外细胞培养工具，该培养工具的出现，能帮助科研人员获得更高质量的体外研究数据，从而有利于深入探讨疾病发展机制及加快新药研发进程。
目前，SBC能够提供专业的器官芯片培养服务，经验丰富的技术团队以及Emulate全自动器官芯片培养系统——人体仿真系统®的加持，能够满足不同客户在生物医学研究和药物开发等方面的需求。高效、精准、可靠的细胞培养解决方案，助力您的科研工作更上一层楼。
参考来源：
1、Shakeri, A. et al. Engineering Organ-on-a-Chip Systems for Vascular Diseases. Arterioscler Thromb Vasc Biol 43, 2241-2255, doi:10.1161/ATVBAHA.123.318233 (2023).
2 、Sung, J. H. et al. Microfabricated mammalian organ systems and their integration into models of whole animals and humans. Lab Chip 13, 1201-1212, doi:10.1039/c3lc41017j (2013).
3、 Rumsey, J. W. et al. Classical Complement Pathway Inhibition in a "Human-On-A-Chip" Model of Autoimmune Demyelinating Neuropathies. Adv Ther (Weinh) 5, doi:10.1002/adtp.202200030 (2022).
4 Emulate官网（Emulate | Organ-Chips for Research & Development (emulatebio.com)）
