研究發現，芯片內胰島培養環境中的機械流體因素對促進類器官的發育、功能成熟和維持非常有利。“在體外構建胰島類器官與體內環境存在較大差異，如何獲得適宜的體外培養環境是難點和關鍵。”秦建華告訴科技日報記者。
為解決這一難題，他們從類器官芯片的仿生設計制備入手，通過在體外模擬組織器官生長所需的複雜微環境，如生物流體、力學刺激、細胞間作用和生化因子濃度等，形成有利於指導幹細胞定向分化生長和類器官形態發生的條件。
據介紹，在器官芯片內施加的生物力學因素，不僅有利於類器官形成中的營養物質交換，還會促進類器官的血管形成和成熟，這將為體外製造具有關鍵功能的重要組織器官提供一種新的策略和思路。
芯片上孕育出系列“迷你”類器官
近年來，秦建華團隊一直致力於人體器官芯片與生物醫學交叉學科研究，以使這些“迷你”類器官模型和高科技生物技術能夠貼近人們生活，改善人類生命健康。目前，團隊已創新性建立了一系列“仿生”器官芯片體系，成功培育出腦、肝、心臟等多種人體重要類器官，並嘗試用於生命早期的環境暴露和藥物測試等研究。
大量人群研究發現，在妊娠期間，暴露病原體、藥物和環境污染物等是導致流產或胎兒大腦發育異常的重要因素，並和成年期重大慢性疾病如糖尿病、心血管疾病等易感性有關，但至今仍缺乏合適的體外模型來支撐相關領域深入研究。
經過前期大量試驗，研究團隊利用器官芯片技術來模擬腦內動態微環境，培育出具有複雜結構功能的腦類器官。這些由幹細胞衍生的腦類器官可以再現人腦早期發育的過程，包括特定神經元、不同腦區和皮層結構的分化特點等，還可用來探討不同環境因素暴露對胎兒腦發育的影響。研究中還發現，酒精、尼古丁和重金屬鎘等可影響人神經前體細胞的分化，誘發不同腦區及皮層的發育異常，並有可能對胎兒腦發育產生不良後果。這些研究為腦疾病藥物開發等提供了新的模型。 |
