心脏单晶片:让人类心脏在芯片上跳动

2015-03-13 09:53:14来源: 互联网
   用2012年诺贝尔生理学/医学奖得主(也是2010年京都奖得主)、日本科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka)所发现的多能性干细胞(pluripotent stem cell),研究人员已经能让心脏在单晶片上跳动;而这个来自美国加州柏克莱大学(University of Berkeley)的生物工程研究团队还尝试以晶片来打造所有的人体器官,并以微流体通道来连结,目标是用一片晶圆制作出完整的“人”。
 
    “我们已经知道如何利用山中所发现的皮肤干细胞产出几乎所有种类的人体组织,”柏克莱大学教授Kevin Healy在接受EETimes美国版编辑访问时表示:“我们最初的应用是锁定药物筛选,如此就不必透过动物实验;而利用病患的干细胞来打造器官单晶片, 也可能有助于遗传性疾病的治疗。”
 

 
    “心脏单晶片(heart on-a-chip)”每一次跳动,会将血液打进其矽胶与聚合物容器内的微流体“血管”
 
    因为以微流体通道连结不同器官,在其中运送血液与天然的生物体液,上述“人体单晶圆”可望被应用于研究药物在不同器官之间的交互作用。“举例来说,某种药物可以治疗心脏疾病,却会在肝脏产生毒素;”Healy表示:“而这若是能在对病患施用药物之前就发现会更好。”
 
    加州柏克莱大学所开发的“心脏单晶片”用以放置从成人干细胞产出的人类心脏组织,该系统有一天可望替代实验动物应用于药物安全筛检
(来源:University of California at Berkeley;由Healy实验室的Anurag Mathur所拍摄)
 
    那是否能利用此技术打造出“有生命”的机器人?Healy表示这并不在他们目前的研究范围内,因为该团队是由美国国家卫生研究院(National Institutes of Health)的“药物筛检用人体组织晶片开发计画(Tissue Chip for Drug Screening Initiative)”所赞助,这个跨单位的合作研究计画目标是开发药物筛检应用的人体组织3D晶片。
 
    不过既然该技术能打造人体器官单晶片,以及连结并让器官互动的微流体通道,也许有一天能做为类生物机器人的基础;Healy表示:“我们会需要的是感测器与致动器,其中感测器是最简单的,而麻省理工学院(MIT)已经在开发扮演致动器的人造肌肉。”
 
一片4寸晶圆能制作24颗人工心脏晶片
(来源:University of California at Berkeley)
 
    到目前为止,Healy与他的团队成员已经制作出寸许长的人工心脏,以矽胶为外壳,内含真正的心脏肌肉细胞;心脏细胞被嵌入该装置后约24小时,就会开始自 发性地以每分钟55~80次的速率跳动,从微流体通道推送血液。这种人工心脏一般也会对药物产生反应,跳动速率因此加快或是减慢。
 
    Healy实验室博士后研究员、加州再生医学研究院(California Institute for Regenerative Medicine)院士Anurag Mathur表示,这种人工心脏的微流体通道目前只能传输营养素,但未来也可望将废弃物排除。目前研究团队所制作出的细胞能存活数周,有一天在单晶圆片上 可望制作数百颗人体器官单晶片,彼此之间以微流体通道连结,传输血液与其他基本体液。

关键字:人类心脏  心脏单晶片

编辑:chenyy 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2015/0313/article_5547.html
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