带血管的芯片
在四个腔室中的任何一个腔室中，可以产生影响细胞生长的不同条件。图片来源：维也纳科技大学
生物芯片已在TU Wien（维也纳）开发，可在其上生产和检查组织。这允许以非常受控的方式向组织供应不同的物质。
在培养皿中培养人体细胞今天不是一个大挑战。然而，生产由精细血管渗透的人造组织是一项更加困难的任务。生物学中的重要运输过程，例如氧气，糖和其他物质向组织中的运输，尚未完全了解。现在这种情况将随着问题的全新解决方式而改变：在维也纳技术大学，组织正在生物芯片上生长- 即所谓的“片上器官”。这使您可以精确控制和测量复杂的生物过程 - 比动物试验或人体试验更好。
比动物实验更好
“在新鲜的伤口周围，新组织必须再生，其中包括新血管，”Dipl-Ing说。TU Wien应用合成化学研究所的Barbara Bachmann。“我们利用身体的自然伤口愈合过程，在实验室中用微小的生物芯片培养血管。”
长期以来，此类研究项目完全依赖于动物实验。“动物实验有许多缺点 - 不仅从道德的角度来看，而且在科学的层面上，”组长Peter Ertl教授说。“结果永远不会完美地传递给人类，因此在临床试验中往往出现令人惊讶的副作用，这些副作用从未出现在动物模型中。”
人体血管系统生长在生物芯片上。图片来源：维也纳科技大学
利用生物芯片技术，现在可以非常精确地调节供应人血管细胞的物质。这使得可以在数周内培养和研究人体细胞。“除了在血管内部排列的内皮细胞外，我们还使用干细胞，这对于稳定血管结构起着关键作用，”Mario Rothbauer说。“几乎神奇的是，生物芯片中的微小血管网络会在几天内出现。”
一个微小的流入管道，组织从外面供应氧气和营养物质，穿过这个新形成的细毛细血管网络旁边的组织 - 它是生物芯片的“人造动脉”。细小的，自然生长的血管不直接连接到这个人造导管，但是两个区域之间的边界没有密集地密封，因此化学物质可以通过。
“这是医学中经常遇到的情况，”Peter Ertl教授说：“例如伤口愈合，还有癌症等疾病。” 一个快速增长的肿瘤必须找到一种方式来获得足够的营养物质，因此它通常会导致细微的不自然生长快血液毛细血管。现在可以在芯片中更好地研究肿瘤与身体其他部分之间的这种质量转移。“我们能够证明供应实际上取决于流入管道的距离，就像天然组织中的情况一样，”Dipl.-Ing说。萨拉施皮茨。“另一个重要的发现是，我们已经能够证明通过改变生物芯片中的流速可以微调组织的营养供应 - 就这么简单。”
跨学科研究
在这一研究领域，几个科学学科密切相关：医学和化学，还有微流体学（微量液体的流动行为科学），甚至材料科学和制造技术必须结合起来才能做出精确的生产可能的芯片。TU Wien与Ludwig Boltzmann实验和临床创伤学研究所合作，并得到了欧盟“Interreg”资助计划的支持。
“只有通过这种跨学科的方法，我们才能发挥主导作用，取得引起国际轰动的研究成果，”Peter Ertl说。“我们的研究结果表明，生物芯片为研究新形成的组织中的氧合作用提供了一个很好的模型。这对我们来说只是一个开始。显而易见的新研究机会正在开放。”
更多信息： Barbara Bachmann等。通过对相互细胞信号传导的微流体控制，在纤维蛋白水凝胶构建体内工程化三维前血管网络，Biomicrofluidics（2018）。DOI：10.1063 / 1.5027054
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