“器官”长在芯片里

原标题：“器官”长在芯片里

　　“在这块巴掌大小的高分子材料里，我们借助3D打印、纳米加工等技术，盖出模拟人体环境的‘房子’，将人源细胞或干细胞注入其中，再给‘房子’输送氧气、培养液。两三周后，就能在‘房子’里得到模拟人类器官组织的跳动的心脏、代谢的肝脏、呼吸的肺……”

　　10月11日，接受科技日报记者采访时，东南大学教授顾忠泽手捧一块器官芯片娓娓道来。

　　器官芯片，不仅“涵养”着人体细胞组织，也承载着人类对药物研发的希望和对生命健康的求索。由于具有人源性、成本低、培养周期短等特性，器官芯片可以作为人体组织的“替身”接受药物实验，从而加速药物研发进程，为精准医疗提供解决方案。

　　灵感源自一篇科研论文

　　在顾忠泽团队研发的众多器官芯片中，人工血管芯片近期用于神舟十五号航天员在轨实验操作。这不仅是我国首次在空间站在轨实施的器官芯片项目，也是国际上首例人工血管组织芯片研究。

　　为了这项探索，中国航天员科研训练中心和顾忠泽团队协同攻关，迭代制作出了可对抗失重、强振、气压变化，并保持血管长期活力的人工血管芯片。

　　器官芯片的雏形，始于21世纪初。2011年，美国成立了微生理系统联盟，启动器官芯片研发，希望用其替代动物进行药物测试。

　　那时，顾忠泽正处于职业生涯“瓶颈期”，偶然间读到的一篇关于器官芯片的研究论文，为他打开了一扇窗。

　　“器官芯片不仅可用于评估相关药物对人体的有效性，还可以针对环境中的有毒、有害物质进行评价。”一个隐约的科研梦想由此在顾忠泽心里萌生。

　　2012年起，顾忠泽带领团队开始摸索器官芯片的相关技术。但现实比梦想“骨感”得多，时任生物电子学国家重点实验室主任的顾忠泽回忆：“当时这项研究很前沿，大家对其最新进展和应用前景都不了解，有不少研究者望而却步。但一番评估后，我们还是决定在实验室内部立项，支持试制肝脏芯片、心脏芯片、皮肤芯片，开展器官芯片各方面技术的预研。”

　　团队成员、东南大学副研究员陈早早介绍，相较于动物试验，器官芯片特色明显：“首先，构建一个动物疾病模型一般需要3至6个月，甚至数年，但制造一个器官芯片一般仅需两三周；其次，一只模式动物一般只能做一种药物试验，而一个器官芯片上多则有几百上千个独立测试的单元，可以进行几种或几十种药物的多浓度试验；另外，器官芯片由人体细胞组织构成，和人体对药物及病原体的反应高度一致。”

　　让细胞沿着“脚手架”生长

　　如何让人体细胞在体外也能像在体内一样舒适健康地生长，最终从结构到功能都接近于真实的器官？

　　团队迎难而上。

　　“最初做心脏芯片时，体外培育的心脏细胞往往会向各个方向生长，细胞的跳动状态也各不相同，形不成‘迷你’心脏，每次实验构建的心脏芯片差异也很大。”陈早早还记得最初试验时的曲折。

　　“能不能搭建一个‘脚手架’，让细胞沿着‘脚手架’向同一个方向生长？”此前生物材料领域的学术积淀启发了顾忠泽。

　　3年里，他带着团队不断尝试各种技术研究后发现，利用静电纺丝技术编织的纳米纤维可让细胞沿着纤维纹路生长，团聚得更接近人体器官，且易量产、成本低。

　　“虽然理论可行，但最初纺出的纳米纤维往往会结滴。”陈早早说。

　　为了解决这个难题，从2019年起，研究团队每天在不同的电压和相差几十摄氏度的温度区间，对不同的纳米材料进行配比，再将纳米材料与十几种培养液融合，以确保纺出的纳米纤维均匀、不黏连。

　　调试了近千种配方后，他们终于得到了质量稳定、统一、均匀的细胞外支架。

　　陈早早记得，那段日子，大家每天天不亮就钻进实验室，等下班时，又入夜了。

　　细胞外支架的搭建，只是统一了细胞的生长方向。细胞在芯片里生长，还需要氧气和营养液。

　　“既然人体有血管，能否为体外细胞搭建仿生血管，用仿生血管为细胞输送营养？”思考了很长时间，顾忠泽灵光乍现。