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悬滴器官芯片,在一滴悬着的水里养个小器官
2022-04-14523次
把微组织放在一滴悬着的培养液里培养,这滴培养液可以晃来晃去,但又不会掉下来,也就是你看到的封面图那样,看起来就像是在一滴悬着的水里养了个小器官。

悬滴器官芯片,在一滴悬着的水里养个小器官

我们知道,器官芯片(Organ-on-Chips, OOC)一般是多层或者多个腔室的结构,例如皮肤芯片、肺芯片。但这次要和你分享的是一种悬滴式的器官芯片,也就是把微组织放在一滴悬着的培养液里培养,这滴培养液可以晃来晃去,但又不会掉下来,也就是你看到的封面图那样,看起来就像是在一滴悬着的水里养了个小器官。

左图是胰岛微组织,右图是在悬滴器官芯片里培养微组织的示意图。

 

这可不是什么不靠谱的设计,这项研究由苏黎世联邦理工学院的帕特里克博士(Dr. Patrick Misun)和瑞士InSphero公司布尔卡克博士(Dr. Burcak Yesildag)一同完成,文献链接放在了文末。

左为帕特里克博士(Dr. Patrick Misun),右为布尔卡克博士(Dr. Burcak Yesildag)。

 

这个芯片设计简单但很独特,你看下图,它就一个入口一个出口,再加一个半球形的培养区,芯片底部那滴培养液直接正对着显微镜——这根本就不是在一个密闭腔室里面做实验,是一个十分大胆但又很有创意的设计,它看起来好像不稳定,但这种设计又打破现有芯片设计壁垒,谁说芯片一定要设计成密封好的样子?

悬滴器官芯片图示,研究人员使用此芯片能让微组织持续保持在悬滴中。

 

帕特里克说,在这种悬滴里做微组织的药物测试,已经被证实是绝对可靠的,并且是可重复的。在他们的实验里,胰腺微组织会“跑”到那滴培养液和空气的交界处,这时往芯片里灌注少量液体,为微组织提供营养的同时,也将其暴露于药物环境中,然后用处于胰腺微组织正下方的显微镜记录数据。

 

咱再来看看实验数据。当胰腺微组织刚开始暴露在高浓度葡萄糖环境中时,胰岛素的分泌会出现一次爆发性增长,然后在之后的几分钟,分泌的胰岛素会稍降低一些,处于一个持续震荡的状态。这和咱们正常人的调节机制是一致的,而糖尿病患者的这些反应机制是受损的。

胰岛微组织在不同血糖浓度下的胰岛素分泌情况,先出现一次爆发增长,随后处于震荡状态。

 

现在利用这个悬滴器官芯片平台,可以在高时间分辨率下观察到这些反应细节,这非常有利于研究糖尿病背后的潜在生物学机制。这分辨率有多高呢?帕特里克说,到目前,他们的平台提供了前所未有的高时间分辨率(2020年)。

 

你可能有疑问,他们用的微组织从哪来的?是否能反应人体真实情况呢?事实上,他们使用了真正的胰腺微组织。InSphero公司的布尔卡克博士(Dr. Burcak Yesildag),专门负责从供体器官中制备胰腺微组织,分离胰岛(是分泌激素的微器官,比如胰岛素),并把它们拆分为不同大小和成分的胰岛,再重新组装成标准化3D微组织,这样就保留了胰岛微组织对各种刺激的自然反应,从而保证获得真正有生理意义和可重复的数据。

帕特里克说,这些微组织样本越规则,实验结果可重复性就越高。

 

这个研究公开后,很快就有人就关心“能否商用”的话题。

布尔卡克回答,这个平台很容易和InSphero其他项目达成合作。

帕特里克也表示,现在做的虽只是一个平台原型,但已经实现对单个胰岛的高灵敏测量。不管是学术交流还是工业合作,他们都十分愿意一同优化现有平台,希望这项技术进展能帮助糖尿病研究人员找到新药,并更深入地了解胰岛生物学。

 

下一步研究,帕特里克他们暂定了两个目标:一个是提高实验吞吐量,这也是复合测试(Compound testing)的关键要求之一;另一个是降低实验复杂度,让更多人实验人员也能完成此项实验。

 

文献链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adbi.201900291