有机生物:芯片上的雷区?

在期刊的特别版上科学在美国，领先的研究人员已经在类器官的开发上取得了惊人的突破。类器官是微型人体器官，用于模拟疾病和测试治疗方法，有一天可能为病人和老年人提供替代器官。

也许没有任何地方比癌症研究更迫切地需要这些进展。

来自美国纽约冷泉港实验室的David Tuveson和来自荷兰乌得勒支的Oncode和Hubrecht研究所的Hans Clevers提出了一个一系列的发明这正在迅速改变这种疾病的管理方式。

癌症治疗的一个主要目标是针对患者特定的肿瘤类型进行治疗。这被称为“精准医疗”，直到最近，经常意味着取人的肿瘤切片，试着在培养皿中培养它，并添加药物，看看它们是否能杀死它。另一种方法是将肿瘤细胞移植到老鼠体内并给它们服用药物。

然而，每种方法都有严重的缺点。

首先，肿瘤在培养皿中生长不太好。等待癌症在老鼠身上发展，然后观察药物是否有效，可能需要几个月的时间。不幸的是，病人通常没有那么长的时间。

进入瀑样。

这些微型肿瘤是由来自病人癌症的干细胞培养而成的，在培养皿中快速生长。数百种可以被创造出来，因此也有数百种潜在的抗癌药物被测试。当找到理想的药物时，可以将该器官移植到小鼠体内，以检查药物的作用在活的有机体内．

在人类身上的结果很有希望。

“肿瘤类器官可以如实报告相应患者的药物反应，”作者写道。

研究人员也在介绍他们自己的调整。基因剪接技术CRISPR已经被用于使正常细胞变成癌症。在基础科学的层面上，这有助于展示健康的肠细胞是如何癌变的。

但是导致癌症的线索也来自于肿瘤外部的粘稠物质。

科学家们正在使用类器官来研究这种肿瘤的“微环境”。它通常含有t细胞，这种免疫细胞会聚集在一起，试图击退癌症。

这项研究在免疫疗法领域取得了进展，这一领域在癌症界引起了很大的轰动。免疫疗法利用人体自身的免疫系统来靶向肺癌、肾癌和黑色素瘤等癌症。

随着所有这些数据的流入，这些数据将被添加到庞大的“活体生物库”中，用于指导其他患者的治疗。

作者写道，最终目标是进行一项“细菌学”测试——类似于培养一种细菌，看看什么样的抗生素可以杀死它——来研究癌症。

“未来的希望是……我们可以测试现有的药物，甚至可能基于单个患者的癌细胞开发新药，”Clevers在一段相关视频中说。

然而，器官并不是孤立存在的，一项新技术正在被用于观察人体器官是如何相互“聊天”的。

一个审查由美国费城宾夕法尼亚大学生物工程系的东恩·许(donggeun Huh)领导的这项研究解释了“芯片上的有机物”是如何在实验台上连接身体各部分的。

以肺的肺泡细胞为例:它们是维持我们生命的微小气囊，但也会因肺气肿、感染和空气污染物而受损。每个肺泡旁边都有一根血管，血管也会受到疾病过程的影响。

作者解释了这两种组织是如何在一个芯片上生长的，从干细胞，复制肺的解剖结构。该芯片有一层膜，膜的一侧是肺泡细胞和空气，另一侧是血管和培养基。

虚拟现实并没有到此为止。

为了模拟呼吸的效果，间歇性地在肺泡侧施加真空。这种长椅上的迷你肺被用来筛查肺部疾病的原因和潜在治疗方法。

但是，芯片技术也可以解决一个重大的挑战，试图培育一种有机类作物。

为了生长，微型器官依赖于从培养基中直接扩散进来的氧气和营养物质。结果是，当类器官达到一定的尺寸——大约扁豆的尺寸——营养物质无法渗透，它们会由内而外腐烂。{%推荐7221%}

生物工程师们一直在努力研究这个问题。

Huh和他的同事详细介绍了芯片是如何被用作支架，在上面用干细胞制造血管的。在一个病例中，血管生长并维持了乳腺肿瘤器官。人工血液网络随后被用来给癌症药物紫杉醇。它显著地减缓了肿瘤的生长。

似乎这还不够，这项技术也是可扩展的。

走近“芯片上的身体”，你就有了多个微型器官，它们生长在各自的塑料隔间里，通过传递流体和化学信使的微通道相互见面和问候。其中一种创造物以胃、肝和肠道类器官为特征。肠产生激素，允许与肝脏“相声”，然后减少胆汁酸酶的产生。

这项技术正在腾飞。字面上。

在一个相关的视频中，许说他们最近用火箭向国际空间站发射了一个芯片上的身体，以研究宇航员在太空中如何变得更容易感染。

这个想法似乎是，“芯片上的身体”可能成为人体实验的终极代理。

“我们实际上可以使用这些模型系统来测试无法在人类身上测试的东西，”Huh说。

然而，在医学的一个领域，扩大类器官的能力可能意味着生与死的区别。

再生医学的希望在于，有一天，类器官可能会被培育出来，作为患病或磨损器官的替代器官。

但要想变得像肝脏、心脏和其他我们随身携带的易碎的器官，类器官就必须变得更大更复杂。

在第三个审查来自美国俄亥俄州辛辛那提儿童医院医疗中心干细胞和器官医学中心的Takanori Takebe和James Wells将带我们了解如何做到这一点。

简言之，这就是所谓的“叙事工程”。这个想法是，你观察器官从胚胎开始是如何发育的，然后做一些可能诱发相同的事情。这意味着直接追溯到三个“胚层”的形成，即内胚层、中胚层和外胚层，然后追溯每个器官从那里开始的旅程。

作者写道，为了重现这种奥德赛，你需要一系列的干预措施，比如限制细胞生长的空间，让它们受到机械力(如拉伸)的作用，用电刺激模拟脑细胞放电，以及在培养基中添加各种生长因子。

作者将其描述为“更全面的方法”，“可能被证明对……更好的器官建模和最终以移植为基础的治疗至关重要”。

然而，这个器官可能会有最后的飞跃，这可能会战胜所有其他器官。

一个审查来自英国剑桥大学哺乳动物胚胎和干细胞小组的Marta Shahbazi指出，结合胚胎和滋养细胞(早期胎盘)干细胞“可以产生与胚泡明显相似的植入前胚胎样结构”。

在婴儿制造过程中，胚泡是受精的产物，当它被植入子宫壁时，就变成了胚胎和胎盘。Shahbazi和他的同事利用胚胎学提出了一个重大的问题:“干细胞模型能否通过最终的功能测试，即植入后的发展?”

换句话说，你能否创造出一种类胚胎器官，当它被放入子宫时，就能长成成熟的胎儿?

作者回顾了目前关于如何控制一系列因素的知识，包括几何形状、物理环境和化学信号，可能诱使干细胞形成胚胎。

它们还提出了一个道德问题，我们许多人可能甚至还没有想到。

研究人员写道:“重要的是要考虑胚胎干细胞模型何时获得附属于人类胚胎的保护。”

这是一个可以催生一千个哲学博士学位论文的问题，这些论文的作者的结论性见解也可能对这些论文有所帮助。

“用干细胞制造胚胎……是对我们能否从部分理解整体的考验。”