综述：类器官芯片研究进展

类器官芯片技术，作为类器官技术与器官芯片技术的结合，开辟了生物医学领域的新领域。近日，来自中国科学院大连化物所的秦建华研究员等人在Life Medicine杂志上发表了《Advances in human organoids-on-chips in biomedical research》为题的综述文章，并在这篇综述中重点介绍了芯片类器官的特征和最新进展及其在生物医学研究中的应用，最后还讨论了类器官芯片在新兴领域中的机遇和挑战。

大多数类器官依赖于在培养皿中动物来源的3D基质(通常是Matrigel)中干细胞的自组织。然而现存类器官模型的结构、表型和细胞组成具有高度可变性，自组织的随机过程也会导致微环境不受控制，且类器官缺乏多细胞或类器官-类器官相互作用，另外，类器官培养系统需要繁琐的人工操作，分析通量低，可能阻碍其转化应用。

为了将类器官与器官芯片技术优势相结合，作者对一系列综合策略进行了讨论：

灌注3D培养：通过设计特定的培养室和精确控制连续流量可实现类器官的灌注3D培养。已有研究证明了流体流动在类器官发育中的重要作用。

组织微环境控制：在体内，干细胞在规定的时间点暴露于外在形态发生或生长因子以诱导分化和类器官形成。这些信号可以通过激活所需的发育信号通路来触发类器官发生。类器官形态发生也受到外界微环境线索的紧密控制，包括生化因素(细胞因子、形态梯度)和物理因素(机械力、电信号)。对于三维组织和器官，通过精确地时空控制生理微环境线索来提高类器官的生成是至关重要的。类器官芯片可以通过构建形态梯度和提供各种模拟组织的机械刺激以控制组织生长的微环境。

类器官血管化：在体内，器官由分层的血管网络组成，通过输送足够的营养和氧气来保证器官的发育和成熟。基于此，集成血管网络的类器官芯片对于解决当前类器官系统中养分扩散受限和成熟度较低的问题是必要的。

组织间相互作用：器官的相互作用是器官发生所必需的。将多个类器官组合在一个系统中，对于概括系统组织间或器官间的通信至关重要，这对器官发育以及准确的药物和治疗研究至关重要。器官芯片技术已显示出通过灵活设计建立不同组织功能连接的前景。

高通量分析：为了实现类器官的充分利用，还需要分析来自类器官模型的多参数信号和多维信息，这是目前类器官系统所缺乏的。该功能读出系统将有助于自动控制类器官培养，更好地了解微环境参数对类器官发育的影响。集成多路生物传感器，如氧传感器和电子阵列，是潜在的解决方案。

接下来，作者回顾了在大脑、肠道、肝脏、多器官等领域类器官芯片的研究进展，这些类器官芯片模型促进了在可控干细胞微环境下具有更复杂结构和功能的类器官的发展和成熟。此外，它们已初步应用于器官发育、药物试验和疾病建模，在生命医学领域显示出重要前景。

最后，作者对类器官芯片技术的未来进行了展望。类器官芯片技术具有更高可重复性、更复杂的结构和在受控制或多类器官相互作用条件下改善类器官的特点，解决了一部分现有类器官系统的局限性。未来，类器官芯片可以有效地与其他前沿技术（如基因编辑、人工智能等）集成，以进一步提高类器官反应人类生理过程的准确性。

参考文献：

Yaqing Wang, Jianhua Qin, Advances in human organoids-on-chips in biomedical research, Life Medicine, 2023.

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