人体器官芯片(human organ-on-a-chip)作为一种新兴技术，在未来有望替代动物实验并彻底改变新药研发流程，从而使药物测试变得更加简单快速可靠，因而获得了越来越多制药公司和科学家的青睐。该技术是利用微制造技术和生物医用水凝胶等生物材料，在体外构建出可供三维组织培养的复杂微流控系统，最终模拟构建出具有特定结构和功能的“人体器官”，以用来研究对应器官的日常功能、作用机理及生理反应等。器官芯片并不是完整的器官，而仅仅是复制特定器官的某个关键功能所需的最小细胞集群。一方面，相比于培养皿中的2D人体细胞培养，器官芯片更接近人体内组织或器官的三维微结构及微生理环境，因此能够更加精准地呈现出相应人体组织或器官的微生理功能。另一方面，相比于动物模型，因器官芯片直接以“人体细胞”为实验对象，所以其不仅能消除物种间差异更能够节约成本，同时具有特异性、有效性和快速性等特点。
在人体中，血液循环系统主要是由动脉、静脉和毛细血管所组成的封闭网络，其不仅可用于清除代谢产物，而且还可以实现气体交换和营养物质运输，对于维持人体内各种器官的新陈代谢起着至关重要的作用。此外，不同器官组织中的微血管网络除了参与代谢功能外，还具有独特的生物学功能和物理特性，如维持血液和组织间的溶质和水分平衡，或对不同的变形和应力波动作出反应等。同样地，在仿人体器官芯片中构建具有新陈代谢及特定器官微生理功能的血管网络，使其最大限度地模仿人体器官的循环系统和动态环境，这是构造一切仿人体活性器官芯片的基础。
除了构建体内平衡条件下的血管网络及其相关微生理特性研究外，血管化器官芯片还可以用于构建病理条件下的相关血管疾病，如动脉粥样硬化、血栓等。尤其是在肿瘤研究中，肿瘤的生长、侵袭与转移均依赖于肿瘤血管的生成，其是导致肿瘤从良性状态过度到恶性状态的关键。肿瘤中的血管不仅能够向实体肿瘤输送营养物质与氧气以保证肿瘤的增殖，其特殊的病理生理特征（如管腔不规则性及高通透性等）也造就了特殊的肿瘤微环境。因此，研究如何更好地模拟体内肿瘤生长微环境并建立新型的血管化肿瘤芯片对于研究肿瘤转移机制及抗肿瘤血管药物筛选等方面有着十分重要的科学意义和临床应用价值。
面向新药（尤其是抗肿瘤药物）研发的巨大市场，我们致力于仿人体血管化器官芯片及其系统构建，结合药企实际需求，实现快速有效的临床前新药筛选，使其能够既降低药物的研发费用，又缩短药物的研发周期。我们也将推出一系列文章讨论目前不同的血管化器官芯片构建策略、重点介绍微流控系统中诱导血管生成及后期重建的相关因素、简要介绍在不同人体器官中选择性血管屏障的特性以及构建和表征这些特性的方法、介绍相关的体外血管化肿瘤芯片构建模型及其在抗肿瘤药物筛选中的潜在应用。
在人体中，血液循环系统主要是由动脉、静脉和毛细血管所组成的封闭网络，其不仅可用于清除代谢产物，而且还可以实现气体交换和营养物质运输，对于维持人体内各种器官的新陈代谢起着至关重要的作用。此外，不同器官组织中的微血管网络除了参与代谢功能外，还具有独特的生物学功能和物理特性，如维持血液和组织间的溶质和水分平衡，或对不同的变形和应力波动作出反应等。同样地，在仿人体器官芯片中构建具有新陈代谢及特定器官微生理功能的血管网络，使其最大限度地模仿人体器官的循环系统和动态环境，这是构造一切仿人体活性器官芯片的基础。
除了构建体内平衡条件下的血管网络及其相关微生理特性研究外，血管化器官芯片还可以用于构建病理条件下的相关血管疾病，如动脉粥样硬化、血栓等。尤其是在肿瘤研究中，肿瘤的生长、侵袭与转移均依赖于肿瘤血管的生成，其是导致肿瘤从良性状态过度到恶性状态的关键。肿瘤中的血管不仅能够向实体肿瘤输送营养物质与氧气以保证肿瘤的增殖，其特殊的病理生理特征（如管腔不规则性及高通透性等）也造就了特殊的肿瘤微环境。因此，研究如何更好地模拟体内肿瘤生长微环境并建立新型的血管化肿瘤芯片对于研究肿瘤转移机制及抗肿瘤血管药物筛选等方面有着十分重要的科学意义和临床应用价值。
面向新药（尤其是抗肿瘤药物）研发的巨大市场，我们致力于仿人体血管化器官芯片及其系统构建，结合药企实际需求，实现快速有效的临床前新药筛选，使其能够既降低药物的研发费用，又缩短药物的研发周期。我们也将推出一系列文章讨论目前不同的血管化器官芯片构建策略、重点介绍微流控系统中诱导血管生成及后期重建的相关因素、简要介绍在不同人体器官中选择性血管屏障的特性以及构建和表征这些特性的方法、介绍相关的体外血管化肿瘤芯片构建模型及其在抗肿瘤药物筛选中的潜在应用。
图1 仿人体器官芯片示意图