芯片上的器官(Organ chip)正在成为一种强大的工具，使研究人员能够以以前不可能的方式研究人体器官和组织的生理学。通过模拟正常的血液流动、机械微环境以及活体器官中不同组织之间的物理界面，它们为药物测试提供了比其他体外方法更系统的方法，最终可能有助于取代动物试验。
由于在器官芯片内将人类细胞培养成完整的、分化的和功能性的组织需要数周时间，比如那些模拟肺和肠的组织，研究人员试图了解药物、毒素或其他干扰是如何改变组织结构和功能的，由Donald Ingber领导的Wyss生物工程研究所的团队一直在寻找一种方法，以非侵入性的方式监测这些微流体设备中培养的细胞的健康和成熟度。在器官芯片中生长的细胞通常是电活性的，如大脑中的神经元细胞或跳动的心脏细胞，在它们的分化过程中以及对药物的反应中，测量它们的电功能变化尤其困难。
现在,因格贝尔的团队已经与Wyss核心教员工具包帕克和他的团队将解决这些问题通过合适的器官芯片嵌入电极,使准确和连续监测trans-epithelial电阻(te),广泛用于测量组织的健康和分化,以及活细胞电活动的实时评估，如Heart Chip模型所示。
Ingber，医学博士，博士，是Wyss研究所的创始董事，也是HMS血管生物学和波士顿儿童医院血管生物学项目的Judah Folkman教授，以及哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的生物工程教授。帕克还是生物工程和应用物理学塔尔家族教授。
“这些具有电活性的器官芯片有助于打开一扇窗，了解活的人体细胞和组织在器官环境中的功能，而无需进入人体，甚至无需从芯片中取出细胞，”Ingber说。“我们现在可以开始研究不同的组织屏障是如何被感染、辐射、药物暴露甚至营养不良实时损伤的，以及它们如何以及何时对新的再生疗法做出反应而痊愈。”
TEER测量被用来量化电极之间和组织-组织界面之间的离子流动。组织-组织界面由器官特异性上皮细胞和内皮细胞组成，而内皮细胞是该研究所许多人体器官芯片的核心组成部分。上皮细胞形成组织层，覆盖我们的皮肤和大多数内部器官的内表面，而内皮细胞则排列在邻近的血液运输血管和毛细血管上，支持它们的功能。这两层细胞对小分子和离子起到屏障的作用，保护器官并实现特殊功能，如肠道吸收或肾脏分泌尿液。相反，药物毒性、感染、炎症和其他伤害性刺激会破坏这些屏障。TEER测量是基于离子通道或电阻的限制，因此可以用来评估这些细胞层的基本功能完整性和由药物或其他有毒物质引发的损伤反应。Olivier Henry博士说:“使用一种新的逐层制造工艺，我们创造了一个微流控环境，在该环境中，teer测量电极是芯片结构的组成部分，并尽可能靠近在一个或两个平行运行通道中生长的组织。”他是新器官芯片设计背后的推动力量。”与过去的电极设计,该固定几何形状允许精确测量完全类似的内部和之间的实验,并告诉我们如何组织这样的肺或肠道内的成熟渠道,保持形状和分解药物的影响下或其他操作。”
Wyss团队测量teer的器官芯片设计发表在芯片上的实验室．除了英格尔和亨利，其他作者还有Remi Villenave博士，他是一名博士后研究员，在研究期间与英格尔一起工作，以及Wyss研究人员Michael Cronce, William Leineweber和Maximilian Benz。
另一项研究也报道了芯片上的实验室英格尔-亨利团队与对心脏生物学有浓厚研究兴趣的基特-帕克合作。Wyss跨学科团队通过在芯片中集成多电极阵列(MEAs)进一步增强了TEER芯片的功能，该芯片可以测量电活性细胞的行为，如跳动的心肌细胞。
使用TEER-MEA芯片，研究人员构建了一个跳动的血管化心脏芯片，其中人类心肌细胞在一个微流控通道中培养，这个微流控通道由一个薄的半透膜与另一个平行的内皮内衬血管通道隔开。为了测试芯片的新功能，研究小组用一种已知的炎症刺激剂治疗血管化心脏芯片，这种炎症刺激剂专门破坏内皮屏障，或直接作用于心肌细胞的心脏刺激剂。
“这种新芯片使我们能够进行实时电生理测量，使用TEER测量来评估心脏内皮屏障的完整性，同时使用MEA量化心脏细胞的跳动频率。这让我们能够揭示药物是如何在两个细胞群紧密结合的情况下影响心脏功能的，”本·毛兹博士说，他是第二项研究的共同第一作者，也是Wyss研究所的技术发展研究员，也是帕克小组的成员。Maoz与Henry和Anna Herland博士分享第一作者，Henry和Anna Herland博士在Ingber的团队中担任博士后研究员，现在是瑞典斯德哥尔摩皇家理工学院和卡罗林斯卡学院的助理教授。此外，这项研究的作者是William Leineweber, Parker小组的另外三名成员Moran Yadid博士，John Doyle, Ville Kujala博士和Wyss研究助理Robert Mannix博士。爱德华·菲茨杰拉德(Edward Fitzgerald)是英格柏团队的前研究生。
“芯片上的器官的未来是仪器化的芯片:即实验者在数据收集过程中被排除在回路之外。在长时间的实验中，我们需要不断收集器官模拟的数据来衡量药物的有效性和安全性。这些技术为我们提供了一种前所未有的粒度，”Kit Parker说。
了下:M2M(机器对机器)
