细胞芯片类器官和器官芯片作者:王晓冰来源:《百科知识》2015年第18期 干细胞研究的重要成果之一是可以创造出各种类器官和器官芯片(器官芯片也可以由其他细胞制造)。类器官就是用干细胞制造出来的微型器官,或称迷你器官,它们具有器官的某些功能。
器官芯片并非硅电子芯片做出的人体器官的模拟器,而是含有人体活体细胞的生物芯片,当然,这种芯片比类器官更小。
类器官和器官芯片在生命研究、疾病、药物和疫苗的研发方面已经显示了越来越重要的作用和巨大的生命力。
类器官的种类和作用
迄今,研究人员已经能利用人的胚胎干细胞和其他干细胞培育多种类器官,包括肝、肾、胰腺、食管、肺、气管、胃、眼睛、肠、前列腺、乳腺、大脑、视网膜、膀胱和腺垂体等。这些器官由于比较小,当然不可能具有人体器官那样的完整和完美功能,但是却表现出了一些独特的局部功能,在疾病和药物研发方面起到了较好的替代作用。
现在,最出的类器官要数类肝脏。美国哥伦比亚大学的科学家研制的类肝脏,并非利用人类胚胎干细胞,而是用人体脐带中的干细胞和结缔组织上的血管细胞培养而成。研究人员把这些细胞放到培养器皿里和人体肝脏细胞一起培养2个月,结果这些混合在一起的细胞自发地长成有三维结构的像小扁豆大小的肝芽,类似妊娠5~6周的人类胎儿的肝脏。 此前,其他研究也证明,血细胞和结缔组织细胞能够在发育初期极大地促进肝脏的生长,并帮助肝脏建立自身的血液供应。如果没有其他类型的细胞的支持,肝细胞就无法发育或形成器官。
此后,研究人员将肝芽移植到小鼠身上,植入两个部位,一部分植入脑部;另一部分植 入腹部。用透明的塑料覆盖每只小鼠头颅上的孔洞,如此研究人员就可以直接观看到肝芽的发育。随着肝芽的生长,其中也产生了微细血管,而且这些血管也连接到了小鼠的血管上。
研究人员还把12个肝芽移植到小鼠腹部,2天后这些肝芽能与小鼠自身的血管联系并产生了血液供应。再过一段时间,这些肝芽继续发育成为成熟的肝脏细胞,它们不仅能产生人类肝脏的特异性蛋白,并且能代谢人类肝脏代谢的药物,而不是小鼠肝脏代谢的药物。