劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究人員報(bào)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(gè)芯片身體，以模擬各種治療對(duì)整個(gè)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(jìn)行。在培養(yǎng)皿中，特定類型的細(xì)胞生長(zhǎng)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(jìn)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(xì)胞固有的三維環(huán)境，實(shí)際上可能導(dǎo)致誤導(dǎo)信息和藥物在臨床試驗(yàn)中的失敗。
而現(xiàn)在，3-D細(xì)胞和組織培養(yǎng)是一個(gè)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(shí)準(zhǔn)確評(píng)估其功能的技術(shù)還沒有得到很好的發(fā)展。
這項(xiàng)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(xì)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(xì)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(xì)胞培養(yǎng)可以幫助我們識(shí)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(cè)它們。”
最新這一設(shè)備將細(xì)胞整合到一個(gè)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(xì)胞和組織。通過使細(xì)胞在三維空間中生長(zhǎng)，該裝置更精確地模擬了細(xì)胞在體內(nèi)的生長(zhǎng)方式。
Owens博士說：“我們體內(nèi)的大多數(shù)細(xì)胞通過電信號(hào)相互交流，所以為了在實(shí)驗(yàn)室中監(jiān)測(cè)細(xì)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(xì)胞培養(yǎng)物連接，所以我們決定把整個(gè)東西顛倒過來，把細(xì)胞放進(jìn)電極里。”
具體來說，Owens和她的同事開發(fā)的這個(gè)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(gè)電化學(xué)晶體管。細(xì)胞在支架內(nèi)生長(zhǎng)，然后整個(gè)裝置被放置在一個(gè)塑料管中，通過塑料管，細(xì)胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)可以流動(dòng)。使用柔軟的海綿電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剛性金屬電極為細(xì)胞提供了一個(gè)更自然的環(huán)境，這是器官芯片技術(shù)在預(yù)測(cè)器官對(duì)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(cè)細(xì)胞的功能，但由于劍橋led設(shè)計(jì)允許實(shí)時(shí)持續(xù)監(jiān)測(cè)，因此可以對(duì)各種疾病的影響和潛在治療的效果進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)。
“有了這個(gè)系統(tǒng)，我們就可以監(jiān)測(cè)組織的生長(zhǎng)，以及它對(duì)外界藥物或毒素的反應(yīng)。” Pitsalidis說，“除了毒理學(xué)測(cè)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(jī)制或發(fā)現(xiàn)正確的治療方法。”
研究人員計(jì)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(qǐng)了該設(shè)備的專利。
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