多器官微流控芯片技術及其應用

微流控芯片技術（Microfluidics）也被稱為芯片實驗室（Lab-On-a-Chip, LOC），涉及物理、化學、醫學、流體、電子、材料、機械等多學科交叉的研究領域。通過微通道、反應室和其他某些功能部件，對流體進行精準操控，對生物、化學、醫學分析過程的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成分析，具有液體流動可控、集成化、消耗低、通量高、分析快等優點，已經被廣泛應用于生物醫學和環境科學等研究領域。基于微流控芯片技術的人體器官芯片（Human organs-on-chips）近幾年來發展迅速，已經實現肺、腎、腸、肝、心臟、血管、皮膚、大腦、骨骼、乳腺、脾臟、血腦屏障、氣血屏障等芯片的構建，通過與細胞生物學、工程學和生物材料等多種學科的方法相結合，體外模擬多種活體細胞、組織器官微環境，反映人體組織器官的主要結構和功能特征。

人體不同器官或整個系統的毒性檢測是藥代動力學和藥效學研究的重要部分，傳統的二維細胞培養模式以及動物實驗取得了諸多成就，但受周期、成本、精準度、倫理等因素的限制，難以預測人體對于各種藥物的響應。研究表明：人體器官芯片技術能準確地控制多個系統參數，與傳統的毒理學動物實驗相比更能反映人體內真實情況，在新藥篩選方面更具特異性。因此，利用微加工技術，建立更接近人體環境的仿生系統成為體外生理模型的研究熱點。

然而，隨著器官芯片技術的發展，其應用仍然存在一定的局限性，大部分生理途徑需要連續介質循環和組織間相互作用，單器官芯片無法全面反映機體器官功能的復雜性、功能變化和完整性。為適應人體結構復雜性，未來的研究需要建立更加復雜的多器官微流控芯片（Multi-Organ-Chip, MOC）系統，將幾種器官等同物合并到類似人類的代謝環境中，開發動態的實驗室微生物反應器，進行系統的毒性檢測和代謝評估。