在2010年，來(lái)自Wyss研究所的DonaldIngber研制出了一種肺芯片，首次在芯片實(shí)現(xiàn)了這種技術(shù)。于是各機(jī)構(gòu)紛紛投身該技術(shù)的研發(fā)，以Ingber與Wyss研究所的其他研究人員為領(lǐng)頭人，科研人員與工業(yè)界以及政府達(dá)成合作關(guān)系，包括美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局，為此投入了7500萬(wàn)美元。截至目前，已經(jīng)有多家媒體報(bào)道過(guò)肺、肝、腎、心臟、骨髓和角膜被成功制成微型模型的新聞。

器官芯片的工作原理

Wyss研究所采用制作計(jì)算機(jī)芯片的技術(shù)，將活的人體器官細(xì)胞植入到芯片中，同時(shí)芯片可以模擬細(xì)胞在人體內(nèi)的環(huán)境。一個(gè)器官芯片的體積與一個(gè)閃盤相當(dāng)，由柔性的半透明聚合物制成。在芯片的槽道中有三個(gè)并列的流體通道，兩邊的通道是真空通道，中間的通道是植入細(xì)胞的通道。直徑小于一毫米的通道與從人體器官上提取的細(xì)胞相連，可以在芯片內(nèi)復(fù)雜的管道中流動(dòng)。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、血液、需要測(cè)試的化合物，如實(shí)驗(yàn)性藥物從微流管中泵入時(shí)，這些器官的細(xì)胞能復(fù)制一些活體器官的關(guān)鍵功能。

在中間通道的正中間有一層有透性的生物膜，薄膜上布滿小孔。在薄膜的上面鋪滿一層肺細(xì)胞，薄膜的另一面鋪滿血管細(xì)胞。因此，薄膜上面可以流通空氣，下面可以流通血液。另外，兩側(cè)的真空通道可以收縮，同時(shí)帶動(dòng)中間的通道一同收縮，于是肺細(xì)胞也跟著收縮，這就模擬了人體肺泡在呼吸過(guò)程中的收縮生理過(guò)程。同樣的，血液中的細(xì)菌也可以從通道進(jìn)入，科學(xué)家們就可以觀察到細(xì)胞在細(xì)菌感染后的免疫反應(yīng)，這些實(shí)驗(yàn)對(duì)人體都不會(huì)造成任何風(fēng)險(xiǎn)。因此，這項(xiàng)技術(shù)可以讓科學(xué)家們清楚的看到、了解在從前他們不曾親眼見(jiàn)過(guò)的生物學(xué)機(jī)制和生理行為。

為醫(yī)藥研究帶來(lái)新機(jī)遇

器官芯片的出現(xiàn)將推動(dòng)新藥研發(fā)。藥企可以通過(guò)模擬人體器官的功能，去更加真實(shí)、精確的測(cè)試篩選藥物。在2015年，就有一家公司使用芯片模仿內(nèi)分泌細(xì)胞分泌激素到血液中的途徑，并使用該內(nèi)分泌細(xì)胞芯片對(duì)治療糖尿病的藥物進(jìn)行了關(guān)鍵測(cè)試。還有一些團(tuán)隊(duì)正在探索如何在個(gè)性化醫(yī)學(xué)上使用器官芯片。從原理上說(shuō)來(lái)，患者自身細(xì)胞構(gòu)建是可以用于這些芯片上的。對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示能夠運(yùn)行，因此器官芯片在個(gè)體化療法方面很可能取得成功。

最后，我們有理由相信，器官芯片可以大大降低醫(yī)藥行業(yè)中藥物實(shí)驗(yàn)對(duì)于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的依賴性。全世界每年都有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的動(dòng)物因?yàn)樗幬飳?shí)驗(yàn)犧牲，在社會(huì)上引發(fā)著激烈的爭(zhēng)論。除開(kāi)倫理的考慮，研究人員已經(jīng)證明實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的巨大浪費(fèi)是因?yàn)楹苌儆腥四軌蛟谒幬锶绾卧谌祟愺w內(nèi)反應(yīng)提出可靠見(jiàn)解，因此需要通過(guò)大量重復(fù)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。在這方面，與在動(dòng)物身上進(jìn)行藥物測(cè)試相比，通過(guò)器官芯片測(cè)試可能會(huì)取得更好的效果。