約90%通過臨床前模型評估的藥物在進入人體試驗后卻失敗了，究其原因，傳統(tǒng)的模型很難真實地模擬人體的生理結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致藥物安全性、有效性及毒性評估的準(zhǔn)確度大大降低。

器官芯片（OoC，Organ-on-a-Chip）技術(shù)作為一種先進的體外模擬人體器官功能的技術(shù)，是適用于生物醫(yī)學(xué)研究的微型生理模型工具，可用于單個器官和多個器官的病理生理學(xué)研究，此外美國FDA現(xiàn)代化法案2.0規(guī)定，除了動物實驗外，器官芯片和微生理系統(tǒng)等5種方法也可用于IND申報。這意味著利用該技術(shù)，研究人員可以更快地篩選出更有效的候選藥物進入臨床試驗。

在過去的二十年里，盡管OoC技術(shù)不斷發(fā)展，但人體是一個高度復(fù)雜的有機體，由各個器官組成，OoC在重現(xiàn)體內(nèi)微環(huán)境和結(jié)構(gòu)方面仍然存在挑戰(zhàn)。除了器官細胞的培養(yǎng)需要從2D轉(zhuǎn)變成3D，為進一步增強OoC的生理相關(guān)性，多細胞球體（例如，腫瘤球體和類器官）的培養(yǎng)也是必要的。但是傳統(tǒng)  OoC  制造涉及使用  PDMS  軟光刻，使用基于  PDMS  的設(shè)備可能并不適合毒理學(xué)和藥物篩選研究，且這種方法一方面不方便修改，缺乏在動態(tài)細胞培養(yǎng)上的適應(yīng)性，另一方面制造周期也很長，降低了其可制造性。

本項研究旨在開發(fā)一種高度適應(yīng)性的  OoC  制造系統(tǒng) ，可根據(jù)感興趣的組織模型的要求，采用靈活的設(shè)計快速制造  OoC。

該系統(tǒng)是通過使用兩個主要組件：(1)  可定制的微流體室和  (2)  數(shù)字光掩模顯示器。立體光刻技術(shù)被用來光圖案水凝膠，直接在腔室中用于制造內(nèi)部微流體通道架構(gòu)。微流體室的可定制性使我們能夠控制微流體室的關(guān)鍵參數(shù)OoC，包括入口和出口的數(shù)量、高度、形狀和室的尺寸。我們的方法使用了通過Xurography定制的預(yù)定義微流體室和由數(shù)字光掩模光圖案化的充滿細胞的微流體通道；從設(shè)計到原型的整個周期在兩小時內(nèi)完成。我們方法的多功能性為OoC的制造提供了以前無法實現(xiàn)的關(guān)鍵特征，包括微通道高度的逐漸變化，以及通道設(shè)計的實時修改以捕獲活組織（例如，球狀體）。

動態(tài)光掩模  OoC  制造系統(tǒng)示意圖：

(A)        

(i)       聚合物蓋玻片的組裝和Xurography  后使用雙面膠帶（紫色）形成預(yù)定義的微流體室；  

(ii)       將由可光交聯(lián)的水凝膠LunaGelTM（澳大利亞Gelomics公司）組成的前體溶液（橙色）注入微流體室； 

(iii)        使用數(shù)字光掩模對腔室中的微流體通道進行光圖案化；

(iv)        從微流體室中排出未固化的前體，微流體芯片形成；

(v)       通過連接由激光切割  PMMA  制成的介質(zhì)儲存器來設(shè)置灌注系統(tǒng)（綠色）用于重力驅(qū)動灌注或硅膠管（藍色）用于泵輔助灌注。

(B)       該示意圖顯示了紅色發(fā)光二極管（LED）、預(yù)定義的微流控室、液晶顯示器（LCD）、xy級和顯微鏡光刻儀器的位置。

(C)       光測量儀器上的掩模對齊模式示意圖，其中(1)紅色LED用于照亮預(yù)定義的微流控腔室的邊界，(2)可視化和 (3) 在xy級的幫助下將數(shù)字光掩模與腔室對齊。

(D)       光交聯(lián)模式示意圖，其中(1)藍色LED被重新定位以取代顯微鏡的位置，(2)開啟前驅(qū)體溶液的光交聯(lián)。

(E)       照片顯示了所開發(fā)的光度測量儀器的整體結(jié)構(gòu)。 

(F)       突出顯示微流控室精確定位的微調(diào)階段（棕色）。

(G)       突出顯示藍色  LED（藍色）和顯微鏡（粉色）在  LCD  下方的位置。

(H)       顯示了光測量儀器的控制盒，其中控制按鈕和操縱桿的位置。

文章總結(jié)：

本文介紹了  OoC  的優(yōu)點和目前涉及的一些限制發(fā)展的問題，為了解決這些限制，我們開發(fā)了一個高度動態(tài)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以滿足特定器官組織微環(huán)境的各種設(shè)計要求，同時將設(shè)計到原型的周期保持在兩小時內(nèi)。在這項工作中，我們使用內(nèi)部的  OoC 光交聯(lián)儀器由改良的液晶顯示屏  (LCD)  組成，可正常作為數(shù)字光掩模顯示器。數(shù)字光掩模顯示器允許實時觀察  OoC 制造，實時修改光掩模以適應(yīng)形狀和尺寸的變化，活體組織（例如，球體和類器官）被捕獲在裝置中。

通過這個系統(tǒng)，我們開發(fā)了用于制造  OoC  的簡單工作流程，具有以下主要功能：(1)  輕松定制微流控芯片架構(gòu)（即入口和出口設(shè)計、裝置高度和內(nèi)部通道架構(gòu)）以縮短設(shè)計到原型周期；（2）在  OoC  期間修改通道設(shè)計，以適應(yīng)不同形狀和尺寸的活組織。我們展示了成功使用我們的系統(tǒng)制造  OoC  上的組織內(nèi)皮化，其中功能性內(nèi)皮屏障在充滿細胞的水凝膠周圍進行了演示。我們開發(fā)的系統(tǒng)將有助于加速創(chuàng)新 更多與生理相關(guān)的  OoC  設(shè)備，以滿足科學(xué)界和制藥業(yè)兩個領(lǐng)域?qū)?nbsp; OoC  技術(shù)不斷增長的需求。

Gelomics水凝膠的介紹

Gelomics公司坐落于澳大利亞，在生物材料供應(yīng)方面有自然條件、技術(shù)、質(zhì)量、環(huán)保和安全性等方面的優(yōu)勢。經(jīng)過多年的研發(fā)，gelomics提供了即用型、批間穩(wěn)定的無需“冰上操作”的產(chǎn)品方案LunaGelTM——一款甲基丙烯酸化明膠水凝膠，具有光敏性和溫敏性，可通過光照調(diào)節(jié)膠體硬度，可應(yīng)用于3D細胞培養(yǎng)、類器官、生物打印、動物實驗、血管生成、細胞侵襲等。以實惠的價格提供高質(zhì)量產(chǎn)品服務(wù)，助力生物醫(yī)學(xué)的研究和發(fā)展。