“肝脏芯片标准”：开启肝脏研究与药物开发的新时代

《Cell Regeneration》：Standard: human liver-on-a-chip

为解决器官芯片缺乏标准化的问题，研究人员开展人肝脏芯片标准研究，制定出中国首个标准，推动相关技术发展。

　　在生命科学和医学领域，器官芯片（Organs-on-chips）作为一项前沿技术，正逐渐崭露头角。它是一种微生理系统，旨在复制人体器官的关键功能，这一技术的出现为疾病建模、药物开发和精准医学等方面带来了新的曙光。然而，器官芯片在发展过程中面临着诸多挑战。其中最突出的问题是缺乏标准化，在定义、结构设计、细胞来源、模型构建以及功能验证等多个方面都没有统一的规范。这就好比建造房屋没有统一的图纸，使得器官芯片难以广泛应用和推广，限制了其在科研和临床领域的价值发挥。

为了解决这些问题，来自中国科学院大连化学物理研究所等多家机构的研究人员展开了深入研究。他们致力于制定人肝脏芯片（Liver-on-a-chip）的相关标准，经过不懈努力，成功推出了中国首个关于人肝脏芯片技术的团体标准 ——《器官芯片：肝脏》。这一标准的制定意义非凡，它就像是为肝脏芯片领域制定了一套通用的 “语言” 和 “规则”，不仅为科研人员提供了全面的指导，也为肝脏芯片技术的广泛应用和国际标准化奠定了坚实基础。该研究成果发表在《Cell Regeneration》杂志上。

研究人员在开展这项研究时，运用了多种关键技术方法。在芯片制作方面，采用了软光刻、注射成型、3D 打印等技术，以制造不同材质的肝脏芯片，如常用的聚二甲基硅氧烷（PDMS）芯片。在细胞研究方面，对多种细胞进行筛选和培养，包括肝细胞、肝非实质细胞等，并对细胞的性能进行严格检测，如细胞形态观察、染色体核型分析以及微生物检测等。同时，利用免疫荧光、H&E 染色等技术对肝脏芯片的功能进行验证。

研究结果如下：

• 芯片构建：肝脏芯片主要有组织 - 组织界面和 3D 培养两种形式。组织 - 组织界面芯片由两个独立腔室通过多孔膜隔开，分别用于培养肝细胞和肝非实质细胞，非实质细胞侧常施加流体剪切应力进行动态细胞培养；3D 培养芯片则将肝细胞和肝非实质细胞包裹在基质中形成细胞球。芯片材料常用 PDMS，也有聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）等，多孔膜材料可选 PDMS、PC、PET、尼龙等，孔径在 0.01μm - 10μm。芯片制作方法多样，不同材料采用不同的加工方式，且芯片需满足细胞毒性测试要求。
• 细胞接种：肝脏芯片应包含人肝细胞，其来源多样，如肝细胞系（HepaRG、HepG2）、原代人肝细胞、干细胞或肝脏类器官。根据模拟的生理或病理过程，还需加入特定的细胞，如内皮细胞、免疫细胞（Kupffer 细胞）、肝星状细胞等。细胞性能需满足一定要求，包括细胞形态应符合典型特征，染色体核型正常（46, XY 或 46, XX），微生物检测各项指标阴性等。
• 动态培养：通过注射泵、蠕动泵或重力驱动芯片内流体流动，模拟动态流动微环境，流体剪切应力范围在0.001dyn/cm2 - 5dyn/cm2。
• 功能验证：从多个方面对肝脏芯片的功能进行验证。肝脏组织形态上，肝细胞和肝非实质细胞在芯片内呈现特定的形态结构。肝脏生物标志物表达方面，可通过免疫荧光检测到成熟肝细胞标志物（CYP3A4、ALB、HNF4A 等）、内皮细胞标志物（VWF、VE - Cadherin 等）、星状细胞标志物（Vimentin 等），H&E 染色可观察到多细胞结构的肝脏组织屏障。白蛋白分泌方面，肝细胞在芯片中培养 24 小时，平均白蛋白分泌应达到 100 ng/(106细胞 - 24 h) 或以上。药物代谢酶功能方面，细胞的内在清除率应达到 10 μL/(106细胞?24 h) 或以上。

研究结论和讨论部分指出，该标准的制定为肝脏芯片的构建、检测和评估提供了全面的规范。它有助于科研机构建立统一的实验方案，促进肝脏芯片技术在学术界和产业界的广泛应用。同时，这一标准也为肝脏芯片技术的国际标准化进程提供了重要参考，有望推动全球肝脏芯片领域的发展，在疾病研究、药物开发和精准医学等方面发挥更大的作用，为人类健康事业做出重要贡献。