新知识通过分钟器官生长在微芯片
干细胞的使用可以让我们培养所谓的瀑样,如小版本的肝脏、心脏和小肠,在实验室里。这些micro-organs可以连接到一个芯片,模拟人体的生物过程。这种“organ-on-a-chip”技术开门之前意想不到的可能性的研究。
“这种技术使我们能够研究和模拟等过程胚胎发育和月经周期,或癌症扩散的方式,”说SINTEF研究员Frøydis sv Skottvoll。”,并非最不重要的是,它将大大减少对动物实验的依赖,”她说。
这一切都始于日本Shinya Yamanaka研究科学家,他彻底改变了世界干细胞研究当他成功地重组皮肤细胞回到干细胞。这种方法突然使人人皆可访问并从中获得干细胞实验:2012年诺贝尔医学奖。
一些年后,研究人员成功地利用干细胞生长的起点第一“mini-organs。”Today, such organs are known as "organoids." Work is now being carried out to advance the technology or, more specifically, that aspect of the technology that addresses the microsystem within which these organoids are studied.
“我们利用制备方法开发的芯片行业量身定制的微通道网络和传感器,可以模拟过程发生在身体,”Skottvoll说。“我们也能够衡量瀑样功能在芯片微系统,”她说。
究竟什么是“organ-on-a-chip ?”
包括两个parts-an Organ-on-a-chip技术瀑样从干细胞培养,连着一分钟,一分钟的三维芯片组成的一个网络微流体通道分离膜。研究人员可以多种分子引入到渠道,为细胞提供了不同的信号,进而影响射流流经细胞。
膜作为多孔,分隔墙,使分子扩散,或运输,两个不同的瀑样,有点像血管的作用。这里的目的是模拟生物过程发生在细胞水平上的身体。
“技术也可以用来模拟等机制所谓的血脑屏障,“Skottvoll解释道。“这是身体的故障安全机制,防止不必要的物质之间通过大脑和血液循环系统。我们的大脑是故意分开我们的循环系统,这首先是一件好事,但它可以成为劣势的情况下,我们可能需要用药治疗大脑,”她说。
历来是很难研究这个函数在人类,但organ-on-a-chip技术已经使这成为可能。
但究竟什么是干细胞?
以及有一个模仿生物过程的微观结构细胞水平上外,我们还需要一个干细胞可以作为“种子”的整个过程。但究竟什么是干细胞?
根据挪威生物技术咨询委员会,干细胞构成的起点我们身体所有的细胞和组织。他们也负责组织维护和受损组织的修复。干细胞有独特的能力在长时间再生和分裂。他们也可以发展成更专门的细胞的过程称为细胞分化。这样,干细胞可以作为一个“父”对肌肉细胞从血液细胞。然而,干细胞不能发育成卵子或精子细胞。
“一旦我们知道我们想做什么,这有点像酵母,“Skottvoll说。“在第一天,你完成第一步。两天,你做其他的事情,然后是搅拌,等到最后你可以添加更多的原料。正在并将继续,直到我们感到满意,已经发展成为一个瀑样细胞。有时,他们甚至会发展成真正的器官一样的形状,”她说。
许多问题的答案
Skottvoll感兴趣瀑样技术在职业生涯的早期阶段。她事实上与organ-on-a-chip技术开始工作当她是一个在奥斯陆大学的博士生,在她能看到多少“mini-liver”就像一个真正的器官暴露在各种各样的药物。
“我发现他们的行为非常类似人类肝脏,”她说。“不过,他们的反应更慢比真正的器官分解药物时。在实践中这意味着,实验使用这种瀑样需要时间,因为他们不是“完全”发展。我们认为原因是瀑样尚未开发出具有血管系统,可以运输毒品在内部,“Skottvoll说。
可以模拟任何
因此,organ-on-a-chip技术的物理基础是一个微观结构组成的膜和微流体通道的一个网络。这种类型的微观结构,正在生产的SINTEF MiNaLab Gaustadbekkdalen在奥斯陆。
“但一样重要的芯片,生产器官的测量我们到底发生了什么,”Skottvoll说。“因为这个原因,我们还发展传感器技术,自动监控芯片瀑样是如何运作的,”她说。
再见了动物试验和加速药物开发
在不久的将来,这项技术可能会使动物测试冗余。我们还可以培养器官而不是使用捐赠者,和测试药物和疗法在“真正的”人体器官。
事实上有可能即使在今天运行先进的模拟细胞体外胚胎development-conducted等行为完全在一个实验室细胞培养。
“自然,这是一个领域,引发了一系列的问题研究伦理”,Skottvoll说。“人类大脑的研究目前瀑样是一个特别热门话题,”她说。
然而,毫无疑问,这是一种技术,可以为我们提供更有效的治疗方法,尤其是在所谓的个性化医疗领域。
根据Skottvoll,它将改变我们的方式选择病人治疗。
“在肝癌病人的情况下,可以增加病人具体mini-liver和应用organ-on-a-chip技术来模拟各种药物和疗法如何影响癌症和病人的肝脏,”她解释说。“我们会因此避免测试无效的药物对病人,病人将避免遭受任何与用户相关的副作用的药物,“Skottvoll说。
