微流控技术应用领域之生物医学研究

在生物医学研究方面，微流控芯片的重要应用之一是构建器官芯片，利用微流控技术灵活的结构设计性和可控的微流体操控性等优势，在微流控芯片上构建模拟人体组织或器官功能的仿生实验室。基于微流控技术的器官芯片使生物模拟达到了全新的水平，给投入大、风险高、周期长的新药研发以及生物医学研究带来了新的契机，其中单器 官芯片主要应用于器官的生理和病理研究，多器官芯片主要应用于药物代谢动力学研究。

2015 年哈佛大学 Wyss 生物工程研究所组建了 Emulate 人体器官芯片研究公司，推出了由器官芯片、仪器和软件组成的人体仿真系统，覆盖了脑、结肠、肝、肺、肾等多种器官，并积极与美国食品药品监督管理局合作评估和鉴定器官芯片技术作为临床前测试平台的可能性，拓宽药物研发临床前模型范围。该研究所 Ingber 团队构建了由高度分化的人支气管气道上皮细胞和肺内皮细胞组成的微流控支气管气道芯片，能够模拟病毒感染、菌株依赖性毒性，以及细胞因子的产生和循环免疫细胞的招募，应用于新型冠状病毒治疗药物的快速鉴别和筛选。

Qin 团队利用人类诱导多能干细胞构建类脑器官芯片，模拟产前尼古丁暴露下胎儿大脑神经发育情况。三维培养的类脑器官表现出人类大脑发育早期阶段的关键特征，包括神经分化、区域化和皮层组织，并可推广应用于脑疾病研究和药物检测。针对器官芯片，如何实现组织或器官长期培养并保留病理或生理功能，构建血管循环系统以实现高度仿真模拟，以及集成阵列化多个实验单元模拟组织-组织和多器官相互作用，仍是器官芯片发展面临的挑战。