“人”怎么造?只需一片晶圓,信不信由你
發(fā)布時間:2015-03-18 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】有研究人員能讓心臟在單芯片上跳動;而這個來自美國加州柏克萊大學(xué)的生物工程研究團(tuán)隊(duì)還嘗試以芯片來打造所有的人體器官,并以微流體信道來鏈接,目標(biāo)是用一片晶圓制作出完整的“人”。
2012年諾貝爾生理學(xué)/醫(yī)學(xué)獎得主(也是2010年京都獎得主)、日本科學(xué)家山中伸彌(Shinya Yamanaka)所發(fā)現(xiàn)的多能性干細(xì)胞(pluripotent stem cell),研究人員已經(jīng)能讓心臟在單芯片上跳動;而這個來自美國加州柏克萊大學(xué)(University of Berkeley)的生物工程研究團(tuán)隊(duì)還嘗試以芯片來打造所有的人體器官,并以微流體信道來鏈接,目標(biāo)是用一片晶圓制作出完整的“人”。
“我們已經(jīng)知道如何利用山中所發(fā)現(xiàn)的皮膚干細(xì)胞產(chǎn)出幾乎所有種類的人體組織,”柏克萊大學(xué)教授Kevin Healy在接受《電子工程專輯》美國版編輯訪問時表示:“我們最初的應(yīng)用是鎖定藥物篩選,如此就不必透過動物實(shí)驗(yàn);而利用病患的干細(xì)胞來打造器官單芯片,也可能有助于遺傳性疾病的治療。”
“心臟單芯片(heart on-a-chip)”每一次跳動,會將血液打進(jìn)其硅膠與聚合物容器內(nèi)的微流體“血管”
因?yàn)橐晕⒘黧w通道鏈接不同器官,在其中運(yùn)送血液與天然的生物體液,上述“人體單晶圓”可望被應(yīng)用于研究藥物在不同器官之間的交互作用。“舉例來說,某種藥物可以治療心臟疾病,卻會在肝臟產(chǎn)生毒素;”Healy表示:“而這若是能在對病患施用藥物之前就發(fā)現(xiàn)會更好。”
加州柏克萊大學(xué)所開發(fā)的“心臟單芯片”用以放置從成人干細(xì)胞產(chǎn)出的人類心臟組織,該系統(tǒng)有一天可望替代實(shí)驗(yàn)動物應(yīng)用于藥物安全篩檢
(來源:University of California at Berkeley;由Healy實(shí)驗(yàn)室的Anurag Mathur所拍攝)
那是否能利用此技術(shù)打造出“有生命”的機(jī)器人?Healy表示這并不在他們目前的研究范圍內(nèi),因?yàn)樵搱F(tuán)隊(duì)是由美國國家衛(wèi)生研究院(National Institutes of Health)的“藥物篩檢用人體組織芯片開發(fā)計劃(Tissue Chip for Drug Screening Initiative)”所贊助,這個跨單位的合作研究計劃目標(biāo)是開發(fā)藥物篩檢應(yīng)用的人體組織3D芯片。
不過既然該技術(shù)能打造人體器官單芯片,以及鏈接并讓器官互動的微流體信道,也許有一天能做為類生物機(jī)器人的基礎(chǔ);Healy表示:“我們會需要的是傳感器與致動器,其中傳感器是最簡單的,而麻省理工學(xué)院(MIT)已經(jīng)在開發(fā)扮演致動器的人造肌肉。”
一片4英寸晶圓能制作24顆人工心臟芯片(來源:University of California at Berkeley)
到目前為止,Healy與他的團(tuán)隊(duì)成員已經(jīng)制作出吋許長的人工心臟,以硅膠為外殼,內(nèi)含真正的心臟肌肉細(xì)胞;心臟細(xì)胞被嵌入該裝置后約24小時,就會開始自發(fā)性地以每分鐘55~80次的速率跳動,從微流體通道推送血液。這種人工心臟一般也會對藥物產(chǎn)生反應(yīng),跳動速率因此加快或是減慢。
Healy實(shí)驗(yàn)室博士后研究員、加州再生醫(yī)學(xué)研究院(California Institute for Regenerative Medicine)院士Anurag Mathur表示,這種人工心臟的微流體通道目前只能傳輸營養(yǎng)素,但未來也可望將廢棄物排除。目前研究團(tuán)隊(duì)所制作出的細(xì)胞能存活數(shù)周,有一天在單晶圓片上可望制作數(shù)百顆人體器官單芯片,彼此之間以微流體通道鏈接,傳輸血液與其他基本體液。
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