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器官芯片成功模擬月經(jīng)周期,或有助未來藥物研發(fā)

摘要:日益發(fā)達(dá)的精密加工技術(shù)使對材料進(jìn)行微觀尺度的加工成為可能,微流控芯片應(yīng)運(yùn)而生。這類裝置專門應(yīng)對微小液量,利用液體自身的表面張力等流體力學(xué)特性,通過在材料上加工出刻線、管道、微型閥門等,讓液體按規(guī)劃進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和反應(yīng)。微流控芯片已用于化學(xué)、生命科學(xué)甚至軟體機(jī)械控制等方面的研究。

  報(bào)告稱,使用器官芯片(organ-on-a-chip)技術(shù)可以模擬人類生殖系統(tǒng)的28天月經(jīng)周期。該研究首次表明,不同的生殖系統(tǒng)組織可以和其它組織一起順利培養(yǎng)一個(gè)月,并會(huì)釋放激素,如同在正常的月經(jīng)周期中觀察到的一樣。該技術(shù)或許能藥物發(fā)現(xiàn)提供一個(gè)平臺(tái)。

  日益發(fā)達(dá)的精密加工技術(shù)使對材料進(jìn)行微觀尺度的加工成為可能,微流控芯片應(yīng)運(yùn)而生。這類裝置專門應(yīng)對微小液量,利用液體自身的表面張力等流體力學(xué)特性,通過在材料上加工出刻線、管道、微型閥門等,讓液體按規(guī)劃進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和反應(yīng)。微流控芯片已用于化學(xué)、生命科學(xué)甚至軟體機(jī)械控制等方面的研究。在生物醫(yī)學(xué)研究的應(yīng)用之一即是用人體細(xì)胞制備器官芯片,對人體的器官系統(tǒng)進(jìn)行模擬。目前已有心臟芯片、肺芯片、腎芯片等類型。

  本研究就是用器官芯片技術(shù)來模擬女性生殖系統(tǒng)的。女性生殖系統(tǒng)由卵巢、輸卵管、子宮和子宮頸等不同類型的器官和組織構(gòu)成,各種激素和組織之間復(fù)雜的作用使得在實(shí)驗(yàn)室模擬這一系統(tǒng)非常困難。

  美國西北大學(xué)的TeresaWoodruff及同事制造了單個(gè)、兩個(gè)和五個(gè)芯片的微流控平臺(tái)。在這個(gè)五聯(lián)平臺(tái)中,作者將小鼠卵巢和人類輸卵管、子宮內(nèi)膜、子宮頸和肝組織結(jié)合在一起,在該裝置中培養(yǎng)了28天(加入肝組織是為了檢驗(yàn)對非生殖系統(tǒng)細(xì)胞的作用),持續(xù)時(shí)間超出此前可達(dá)到的水平。在這個(gè)裝置中,流體能夠在組織上流動(dòng)。通過外加壓頭,研究者讓組織承受一定壓力,以驅(qū)動(dòng)液體在組織之間流動(dòng),并模仿身體內(nèi)發(fā)生的情況。

  為了模擬腦垂體激素的影響,作者開發(fā)了一套計(jì)算激素輸入濃度的算法,依此隨著時(shí)間流逝向系統(tǒng)中輸入相應(yīng)濃度的促卵泡激素(FSH)和人絨毛膜促性腺激素(hCG,和腦垂體分泌的黃體生成素(LH)相仿),以模擬卵泡期生殖系統(tǒng)受到的其他激素影響。最后培養(yǎng)時(shí)觀察到類似卵泡的結(jié)構(gòu)在卵巢芯片中正常出現(xiàn),卵泡期后期出現(xiàn)雌激素峰值,孕酮受抑,如同在月經(jīng)周期中所見的一樣。

  五聯(lián)微流控平臺(tái)培養(yǎng)過程中,輸入的促卵泡激素(FSH,紅)和人絨毛膜促性腺激素(hCG,灰)水平。

  目前該研究存在的缺陷是,它只模擬了激素分泌,而沒有反映生殖系統(tǒng)的全部功能(養(yǎng)育胎兒),也沒有表明免疫系統(tǒng)等其它因素可能存在的影響。但是,這標(biāo)志著人們對于理解生殖系統(tǒng)功能邁出了重要一步,有望為未來的藥物發(fā)現(xiàn)(避孕或不孕癥治療)或毒理研究鋪平道路。

  對于生物醫(yī)學(xué)來說,器官芯片的一大好處在于可以更準(zhǔn)確地模擬實(shí)際的人體環(huán)境,從而提高藥物研發(fā)的效率。有句話說得好,“人不是70公斤重的老鼠”。動(dòng)物模型的一大局限性是它們并非人類,所以實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)有時(shí)可能無法反應(yīng)藥物在人體內(nèi)的真實(shí)效應(yīng)。而用人類細(xì)胞制備的器官芯片進(jìn)行研究則可能有效克服這一局限性,在實(shí)驗(yàn)室階段便直接以具有功能的人類組織為對象進(jìn)行藥物研發(fā)。

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