器官芯片是利用先进的微流控技术模拟体内循环系统的状态下培养活细胞的技术，更好地重现人体内生理及病理过程，为生长发育、疾病状态和药物筛选等提供可靠及重复性高的临床前模型。它可以有效解决传统的2D细胞、动物和类器官模型无法良好复现人体内生理及病理过程，预测药物等治疗能力较差的问题。器官芯片中的活细胞可以来源于人多能干细胞，健康或患者成体干细胞等。

2024上海高端医疗设备展Medtec利用本文梳理类器官芯片目前在临床医学上的4大应用。

1. 心脏器官芯片

目前临床上应用的心脏类器官芯片模型大致分为两种。一种是在单通道微流控装置中培养多能诱导干细胞来源的心机细胞，其细胞外基质上连接了多电极阵列，用于实时检测组织水平的电生理反应，该模型已被用于心脏毒性药物的研究， 如特非那顶和其无毒性代谢产物非索非那定之间的差异。另一种心脏类器官芯片则是利用微加工联合3D打印技术构建多能诱导干细胞来源的心机细胞和内皮细胞的微界面，重现临床上抗癌药物阿霉素对心脏心机的毒性作用¹。

2. 肝脏类器官芯片

肝脏类器官芯片是一种基于三维培养同时搭配微流控系统的特殊芯片，是通过利用微流控技术控制流体的流动，结合细胞与细胞间相互作用、基质特性以及生物化学和生物力学特性，在芯片上构建三维的人体肝脏器官生理微系统。一套完善的肝脏类器官芯片系统可以准确地模拟肝脏的生理功能单元、肝脏器官的微环境、肝脏疾病的发病机理等。不同类型的肝脏类器官芯片具有不同的应用价值，研究人员对肝脏类器官芯片不断地改造升级，以求获得更符合实验需求、还原体内真实生理环境的肝脏类器官的芯片模型。

在已有的肝脏类器官芯片中，三维肝细胞芯片虽然不能完整地模拟肝脏结构，细胞组成也相对单一，但是可以模拟肝脏中简单的细胞间相互作用，在高通量、规模化生产和应用中具有优势。而肝血窦芯片和肝小叶芯片模拟了肝脏中最基础的微血管结构和生理功能单元，芯片结构更加复杂，细胞间相互作用衍生出的生化功能更符合体外构建肝脏类器官的要求，但是芯片设计和加工难度大²。

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3. 肠类器官芯片

肠器官芯片是近年来新兴的体外肠道仿生模型，相对于传统的肠上皮细胞静态培养模型而言，肠芯片具有与体内肠组织相似的形态结构、可模拟肠组织微生理环境、可规模化定制并实现高通量药物筛选等优势。肠器官芯片为人类难治性肠疾病的发病机制、 药物筛选及测试等研究提供了更接近体内真实疾病状态的组织/器官层面研究模型，可用于制备多种肠相关疾病模型，包括克罗恩病、溃疡性结肠炎等疾病模型。

肠芯片建立于肠上皮细胞及其他多种类型细胞共培养的体系之上，并结合微工程技术构建肠道微绒毛、肠褶皱等肠道三维仿生结构，还通过使用微流控装置来模拟肠组织内的血液流动和生理蠕动等生物力学参数，使其具有天然肠组织相似的微生理特征并受到生物力学调控³。

4. 胎盘芯片

胎盘是维持母体正常妊娠和胎儿健康发育的重要器官。胎盘异常发育与多种妊娠并发症和不良妊娠结果密切相关，如先兆子痫（PE）、妊娠糖尿病、胎儿生长受限、复发性流产、早产和死产等。目前，临床研究方法主要以动物模型为主，尽管这些模型为了解胎盘发育和与妊娠相关疾病提供了宝贵见解，但大多数动物模型在胎盘结构和功能上与人类存在显著差异，难以准确反映人类胎盘的生理特征。

2024上海高端医疗设备展Medtec了解到体外胎盘芯片模型通过模拟胎盘组织的复杂细胞组成、细胞间相互作用、组织屏障和动态微环境等因素，在体外重现了人体胎盘的关键结构和功能特征。这些模型不仅为胎盘发育和病理生理学研究提供了良好的平台，还在妊娠疾病研究、 发育毒性评估和母胎药物转运等生殖医学领域展现出巨大的应用潜力⁴。

参考文献：