人类疾病和药物测试个体化研究的绝佳模型 _健康小知识

将成为人类疾病和药物测试个体化研究绝佳模型

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新研究培养了肝脏、心脏、骨骼和皮肤，并通过血管流动连接了4个星期。这些组织可从单个人类诱导的多能干细胞中生成，从而生成患者特异性芯片，这是人类疾病和药物测试个体化研究的绝佳模型。图片来源：基思·耶格尔/哥伦比亚大学工程系

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左图在多器官芯片中培养的组织（从左到右为皮肤、心脏、骨骼、肝脏和内皮屏障）在通过血管流动连接后保持其组织特异性结构和功能。右图新的多器官芯片有玻璃显微镜载玻片的大小，可培养多达四种人类工程组织，其位置和数量可根据所提出的问题进行调整。这些组织通过血管流动连接，但选择性渗透的内皮屏障的存在维持了它们的组织特异性生态位。图片来源：凯西·罗纳德森-博查得/哥伦比亚大学工程系
【今日视点】
美国哥伦比亚大学工程系和医学中心的一组研究人员报告说，他们已经开发出一种多器官芯片形式的人体生理模型，该芯片由经过工程改造的人体心脏、骨骼、肝脏和皮肤组成，通过循环免疫细胞的血管流动，以重现相互依赖的器官功能。
研究人员创造的这种即插即用的多器官芯片，大小与显微镜载玻片相当，可为患者定制。由于疾病进展和对治疗的反应因人而异，因此这种芯片最终将为每位患者提供个性化的治疗。这项研究刊载于4月27日出版的《自然·生物医学工程》杂志上。
灵感来自人体
工程组织已成为疾病建模和在人体环境中测试药物疗效和安全性的关键组成部分。研究人员面临的一个主要挑战，是如何使用多种可进行生理交流的工程组织来模拟身体功能和全身性疾病，就像它们在体内所做的那样。然而，必须为每个工程组织提供自己的环境，以便特定的组织表型可维持数周至数月，符合生物学和生物医学研究的要求。使挑战变得更为复杂的是，必须将组织模块连接在一起以促进它们的生理交流，这是对涉及多个器官系统的建模所必需的。
从人体的工作原理中汲取灵感，研究团队构建了一个人体组织芯片系统，在该系统中，他们通过循环血管流动将成熟的心脏、肝脏、骨骼和皮肤组织模块连接起来，让相互依赖的器官能够像在人类的身体里。研究人员之所以选择这些组织，是因为它们具有明显不同的胚胎起源、结构和功能特性，并且受到癌症治疗药物的影响。
“在保持其个体表型的同时提供组织之间的交流一直是一项重大挑战， ”该研究的主要作者、哥伦比亚大学干细胞和组织工程实验室副研究科学家凯西·罗纳德森-博查得说， “因为我们专注于使用源自患者的组织模型，我们必须单独使每个组织成熟，以便它以模仿患者身上的反应方式发挥作用，我们不想在连接多个组织时牺牲这种先进的功能。在体内，每个器官都维持着自己的环境，同时通过携带循环细胞和生物活性因子的血管流动，与其他器官相互作用。因此，我们选择通过血管循环连接组织，同时保留维持其生物保真度所必需的每个单独的组织生态位，模仿我们的器官在体内连接的方式。 ”
组织模块可维持一个月以上
研究团队创建了组织模块，每个模块都在优化的环境中，并通过选择性渗透的内皮屏障将它们与常见的血管流分开。个体组织环境能够跨越内皮屏障并通过血管循环进行交流。研究人员还将产生巨噬细胞的单核细胞引入血管循环，因为它们在指导组织对损伤、疾病疗效的反应方面发挥着重要作用。