“器官芯片”技术：FDA开创性检测科学

（译自FDA Voice “‘Organs-on-Chips’ Technology: FDA Testing Groundbreaking Science” 2017 年 4 月 11 日，作者：Suzanne Fitzpatrick 博士，FDA 食品与应用营养中心毒理学高级顾问）

有很多事情你可以设想放在芯片上。人体器官不太可能是其中之一。

但是，在AA电池尺寸的微型工程芯片上创建微型人体器官系统是一项革命性的检测技术，已经引起 FDA 食品科学家的关注。FDA 在评估这一科学方面发挥了主导作用，旨在为研究食品、化妆品或膳食补充剂中可能的有害化学和生物危害的影响提供比目前所用的更为精确的模型。

芯片图片，由 Emulate 公司提供

2017 年 4 月 11 日，FDA 宣布与一家名为 Emulate 的公司签署了多年研发协议，以在 FDA 食品安全与应用营养中心的实验室评估该公司的“器官芯片（Organs-on-Chips）”技术，这是 FDA 帮助评估这一芯片技术的许多努力之一。柔性聚合物器官芯片包含排列有活的人体细胞的微小通道，并且能够像人体一样再现血液和空气流动。芯片是半透明的，为研究人员提供了正在研究的器官内部工作的窗口。

研究将从肝脏芯片开始，但协议未来可能扩大到覆盖额外的器官芯片，包括肾脏、肺和肠模型。最终目标是以比目前使用的其它方法（例如，细胞培养或动物实验）更加准确地预测特定器官如何响应在食品、化妆品和/或膳食补充剂中发现的潜在化学危害。

自 2012 年以来，器官芯片就已成为 FDA、联邦国防高等研究计划署（DARPA）和美国国立卫生研究院（NIH）之间的公司合作的重点。已向全国范围的大学颁发了数百万美元的资金推进这项研究，包括哈佛大学和麻省理工学院（MIT）。Emulate 由哈佛大学 Wyss 仿生工程研究所的研究人员创立。

芯片最初研发用于评估药物有效性，但在确保食品和化妆品安全方面已经被认为是一种潜在的有用技术。例如，芯片可以被投入使用来查看身体是如何处理膳食补充剂中的某种成分或化妆品中的某种化学物质的，以及毒素或毒素的组合物是如何影响细胞的，这些信息最终可以用于帮助评估对人体健康的风险。

在某些方面，科学就像是一份食谱，在最终成果之前都需要经过一些转化。其中存在许多实验和调整、协作和比较。这就是我们将在 FDA 开展的器官芯片研究工作。科学是 FDA 决策的基础，但许多人并没有意识到 FDA 开展了多少科学研究。我们很高兴成为这一突破性研究的前沿，这些研究有可能有一天可以用来捍卫公众健康。

器官芯片技术

FDA 已签署一项多年研发协议，用以评估在 AA 电池大小的微型工程芯片上创制人体器官系统的新型检测技术。这一革命性技术有可能帮助科学家更好地了解药物、食品中的致病细菌、化学物质和其它潜在有害物质对人体的影响。

器官芯片技术由以下三个部分组成：器官芯片、仪器和软件应用程序。

器官芯片

• 器官芯片设计用于精确重现细胞在人体内的自然生理和机械力。

• 芯片内衬活的人体细胞，其微小流体通道像人体一样重现血液和/或气流。芯片的弹性使得芯片能够再现呼吸运动或进行肌肉收缩。

• 每个器官芯片，例如肺、肝、肠或脑，都是大约一个 AA 电池大小。

• 芯片的透明性可以使研究人员能够在细胞和分子水平上看到器官的功能、行为和响应。

仪器

• 将器官芯片放入类似于计算机的研究系统中。该仪器旨在重现人体的生活环境 – 包括血流和呼吸运动。

• 科学家可以使用模块化仪器将药物、化学物质和其它毒素引入芯片环境来测试器官的响应和行为。

• 系统的模块化特性可以让科学家使用各种研究工具和仪器来观察和分析器官芯片内的细胞。

• 在某些情况下，器官芯片可以连接在一起，以便科学家能够观察不同器官系统是如何相互作用的，更好地了解引入芯片环境的不同外来物质对人体的影响。

软件应用程序

• 在此过程中，科学家可以借助现代化软件的帮助提取可以收集和分析的数据。

• 软件旨在对器官系统的生活微环境提供精确控制。

• 软件提供了配置细胞结构、组织-组织界面、机械力和生物化学环境的能力。

据报道，大型制药和化妆品公司，已经与器官芯片开发人员建立了合作伙伴关系，并相信该技术将改变现有和正在开发的产品效能和毒理学测试现状。

整理：识林-苜蓿