在2010年，來自Wyss研究所的DonaldIngber研制出了一種肺芯片，首次在芯片實現(xiàn)了這種技術(shù)。于是各機構(gòu)紛紛投身該技術(shù)的研發(fā)，以Ingber與Wyss研究所的其他研究人員為領(lǐng)頭人，科研人員與工業(yè)界以及政府達成合作關(guān)系，包括美國國防部高級研究計劃局，為此投入了7500萬美元。截至目前，已經(jīng)有多家媒體報道過肺、肝、腎、心臟、骨髓和角膜被成功制成微型模型的新聞。

器官芯片的工作原理

Wyss研究所采用制作計算機芯片的技術(shù)，將活的人體器官細胞植入到芯片中，同時芯片可以模擬細胞在人體內(nèi)的環(huán)境。一個器官芯片的體積與一個閃盤相當，由柔性的半透明聚合物制成。在芯片的槽道中有三個并列的流體通道，兩邊的通道是真空通道，中間的通道是植入細胞的通道。直徑小于一毫米的通道與從人體器官上提取的細胞相連，可以在芯片內(nèi)復雜的管道中流動。當營養(yǎng)物質(zhì)、血液、需要測試的化合物，如實驗性藥物從微流管中泵入時，這些器官的細胞能復制一些活體器官的關(guān)鍵功能。

在中間通道的正中間有一層有透性的生物膜，薄膜上布滿小孔。在薄膜的上面鋪滿一層肺細胞，薄膜的另一面鋪滿血管細胞。因此，薄膜上面可以流通空氣，下面可以流通血液。另外，兩側(cè)的真空通道可以收縮，同時帶動中間的通道一同收縮，于是肺細胞也跟著收縮，這就模擬了人體肺泡在呼吸過程中的收縮生理過程。同樣的，血液中的細菌也可以從通道進入，科學家們就可以觀察到細胞在細菌感染后的免疫反應(yīng)，這些實驗對人體都不會造成任何風險。因此，這項技術(shù)可以讓科學家們清楚的看到、了解在從前他們不曾親眼見過的生物學機制和生理行為。

為醫(yī)藥研究帶來新機遇

器官芯片的出現(xiàn)將推動新藥研發(fā)。藥企可以通過模擬人體器官的功能，去更加真實、精確的測試篩選藥物。在2015年，就有一家公司使用芯片模仿內(nèi)分泌細胞分泌激素到血液中的途徑，并使用該內(nèi)分泌細胞芯片對治療糖尿病的藥物進行了關(guān)鍵測試。還有一些團隊正在探索如何在個性化醫(yī)學上使用器官芯片。從原理上說來，患者自身細胞構(gòu)建是可以用于這些芯片上的。對其進行測試，結(jié)果顯示能夠運行，因此器官芯片在個體化療法方面很可能取得成功。

最后，我們有理由相信，器官芯片可以大大降低醫(yī)藥行業(yè)中藥物實驗對于實驗動物的依賴性。全世界每年都有數(shù)以百萬計的動物因為藥物實驗犧牲，在社會上引發(fā)著激烈的爭論。除開倫理的考慮，研究人員已經(jīng)證明實驗動物的巨大浪費是因為很少有人能夠在藥物如何在人類體內(nèi)反應(yīng)提出可靠見解，因此需要通過大量重復的動物實驗進行研究。在這方面，與在動物身上進行藥物測試相比，通過器官芯片測試可能會取得更好的效果。