多器官微流控芯片技术及其应用

微流控芯片技术（Microfluidics）也被称为芯片实验室（Lab-On-a-Chip, LOC），涉及物理、化学、医学、流体、电子、材料、机械等多学科交叉的研究领域。通过微通道、反应室和其他某些功能部件，对流体进行精准操控，对生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成分析，具有液体流动可控、集成化、消耗低、通量高、分析快等优点，已经被广泛应用于生物医学和环境科学等研究领域。基于微流控芯片技术的人体器官芯片（Human organs-on-chips）近几年来发展迅速，已经实现肺、肾、肠、肝、心脏、血管、皮肤、大脑、骨骼、乳腺、脾脏、血脑屏障、气血屏障等芯片的构建，通过与细胞生物学、工程学和生物材料等多种学科的方法相结合，体外模拟多种活体细胞、组织器官微环境，反映人体组织器官的主要结构和功能特征。

人体不同器官或整个系统的毒性检测是药代动力学和药效学研究的重要部分，传统的二维细胞培养模式以及动物实验取得了诸多成就，但受周期、成本、精准度、伦理等因素的限制，难以预测人体对于各种药物的响应。研究表明：人体器官芯片技术能准确地控制多个系统参数，与传统的毒理学动物实验相比更能反映人体内真实情况，在新药筛选方面更具特异性。因此，利用微加工技术，建立更接近人体环境的仿生系统成为体外生理模型的研究热点。

然而，随着器官芯片技术的发展，其应用仍然存在一定的局限性，大部分生理途径需要连续介质循环和组织间相互作用，单器官芯片无法全面反映机体器官功能的复杂性、功能变化和完整性。为适应人体结构复杂性，未来的研究需要建立更加复杂的多器官微流控芯片（Multi-Organ-Chip, MOC）系统，将几种器官等同物合并到类似人类的代谢环境中，开发动态的实验室微生物反应器，进行系统的毒性检测和代谢评估。