IT|研究人员创造即插即用的“芯片上的器官”可为病人量身定做( 二 ) 研究人员创造即插即用的“芯

该小组创建了组织模块，每个模块都在其优化的环境中，并通过选择性渗透的内皮屏障将它们与公共血管流分开。各个组织环境能够跨越内皮屏障并通过血管循环进行交流。研究人员还将产生巨噬细胞的单核细胞引入血管循环，因为它们在指导组织对损伤、疾病和治疗结果的反应方面起着重要作用。
所有组织都来自同一系人类诱导多能干细胞（iPSC），从少量血样中获得，以证明个体化、特定病人研究的能力。而且，为了证明该模型可用于长期研究，该团队在通过血管灌注将组织连接起来后，将已经生长和成熟了4至6周的组织再维持了4周。
利用该模型研究抗癌药物
研究人员还想证明该模型如何能被用于研究人类背景下的一个重要系统状况，并选择研究抗癌药物的不良影响。他们调查了阿霉素（一种广泛使用的抗癌药物）对心脏、肝脏、骨骼、皮肤和血管的影响。他们表明，所测量的效果再现了那些使用同一药物的癌症治疗的临床研究报告。
该团队同时开发了一个新的多器官芯片的计算模型，用于数学模拟药物的吸收、分布、代谢和分泌。这个模型正确地预测了阿霉素代谢成阿霉素醇的过程以及它在芯片中的扩散。在未来对其他药物的药代动力学和药效学的研究中，多器官芯片与计算方法的结合为临床前到临床的推断提供了更好的基础，药物开发管道得到改善。
“在这样做的同时，我们还能够确定一些早期的心脏毒性的分子标记，这是限制该药物广泛使用的主要副作用。最值得注意的是，多器官芯片准确地预测了心脏毒性和心肌病，这往往需要临床医生减少多柔比星的治疗剂量，甚至停止治疗，” Vunjak-Novakovic说。
多个机构的合作
多器官芯片的开发始于一个有心脏、肝脏和血管的平台，其被称为为HeLiVa平台。正如Vunjak-Novakovic的生物医学研究一样，合作对于完成这项工作至关重要。这些合作包括她的实验室、Andrea Califano和他的系统生物学团队（哥伦比亚大学）、Christopher S. Chen（波士顿大学）和Karen K. Hirschi（弗吉尼亚大学）在血管生物学和工程方面的专业知识、Angela M. Christiano和她的皮肤研究团队（哥伦比亚大学）、哥伦比亚大学蛋白质组学核心的Rajesh K. Soni，以及CFD研究公司团队的计算建模支持。
众多的应用，都是在针对患者的个体化背景下进行的
研究小组目前正在使用这种芯片的变体来研究，所有这些都是针对病人的个体化背景：乳腺癌转移；前列腺癌转移；白血病；辐射对人体组织的影响；SARS-CoV-2对心、肺和血管的影响；缺血对心和脑的影响；以及药物的安全性和有效性。该小组还在为学术和临床实验室开发一种用户友好的标准化芯片，以帮助利用其全部潜力来推进生物和医学研究。
Vunjak-Novakovic补充说：“在对芯片上的器官进行了十年的研究之后，我们仍然发现，通过连接毫米大小的组织--跳动的心肌、新陈代谢的肝脏，以及从病人的细胞中生长出来的功能正常的皮肤和骨骼，我们可以对病人的生理结构进行建模，这是令人惊讶的。我们对这种方法的潜力感到兴奋。它为研究与伤害或疾病相关的系统性条件而独特设计，并将使我们能够在保持工程人类组织的生物特性的同时，保持它们的沟通。一次一个病人，从炎症到癌症！”