新藥研發(fā)過程中的藥物毒、副作用測試是生物3D打印器官或組織最早體現(xiàn)出商業(yè)價值的領(lǐng)域。在這個領(lǐng)域中，Organovo 等生物3D打印科技企業(yè)通過生物3D打印機和含有生長因子及人體細(xì)胞的特殊“生物墨水” 陸續(xù)開發(fā)了用于藥物測試的3D打印腎臟組織、肝臟組織、皮膚組織，這些應(yīng)用已逐漸走向商業(yè)化。

近年來，美國北卡羅來納州維克森林再生醫(yī)學(xué)研究所（WFIRM）等科研機構(gòu)的科學(xué)家們，將類似的生物3D打印技術(shù)與微流控芯片相結(jié)合，研發(fā)在藥物測試領(lǐng)域具有應(yīng)用價值的多器官微流控芯片。

WFIRM等科研機構(gòu)的科學(xué)家近日在 Scientific Reports 期刊中發(fā)表了題為 Multi-tissue interactions in an integrated three-tissue organ-on-a-chip platform的研究論文。

研究團(tuán)隊在論文中指出，有些藥物經(jīng)過長期的臨床前試驗和臨床試驗之后，仍會由于之前未預(yù)測到的毒副作用而被食品藥品監(jiān)督機構(gòu)召回。而出現(xiàn)這些情況的其中一個原因是，在藥物研發(fā)時缺乏一些能夠準(zhǔn)確概括人類器官的正常組織功能及其對藥物化合物反應(yīng)的模型系統(tǒng)。

人體中每個器官或組織都不是獨立存在的，它們均處于人體內(nèi)一種高度集成、動態(tài)交互的環(huán)境當(dāng)中，其中一個組織的動作將會影響到與之相關(guān)的其他組織。在這一背景下，WFIRM等科研機構(gòu)的科學(xué)家們設(shè)計了一種具有肝臟、心臟和肺組織結(jié)構(gòu)的多器官芯片系統(tǒng)。通過這一多器官微流控芯片系統(tǒng)，研究團(tuán)隊觀察到依賴于組織間相互作用的藥物反應(yīng)，并描述了多組織芯片系統(tǒng)在目標(biāo)藥物毒、副作用體外測試中的價值。

研究團(tuán)隊的目標(biāo)是研發(fā)出一個具有灌注驅(qū)動的、功能強大的多器官芯片系統(tǒng)。這一芯片系統(tǒng)的大致設(shè)計方式是，將單個組織構(gòu)建體容納在由常規(guī)聚二甲基硅氧烷（PDMS）軟光刻和模塑形成的模塊化微反應(yīng)器中。該系統(tǒng)可連續(xù)串聯(lián)連接，并可以支持在將來的研究中將整合更多的器官組織整合到芯片系統(tǒng)中。

由于芯片中的心臟、肝臟和肺組織具有不用的制造要求，研究團(tuán)隊使用生物3D打印機和不同成分的“生物墨水” 分別制造三種組織。例如，芯片中的肝臟類器官的生物墨水是由原代人體肝臟細(xì)胞、星狀細(xì)胞和庫普弗細(xì)胞等材料構(gòu)成的，而心臟組織的生物墨水是由誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞等材料構(gòu)成的。在打印完成后，研究團(tuán)隊使用ECM衍生的生物墨水或朊蛋白和明膠生物蛋白將這些組織轉(zhuǎn)移到芯片的微反應(yīng)器中。肺組織是在具有類似因子的微反應(yīng)器中制造的，其中具有固定的半多孔膜、肺成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。

在完成三種組織的生物3D打印之后，研究團(tuán)隊將裝置密封并連接到循環(huán)灌注系統(tǒng)。芯片中的流體由微蠕動泵進(jìn)行驅(qū)動。

論文的作者之一Aleks Skardal 表示，這一多器官芯片在用于藥物測試時所體現(xiàn)出來的一個顯著的價值是，除了體現(xiàn)出藥物對于目標(biāo)治療器官的副作用之外，還能夠體現(xiàn)出藥物對于其他器官的副作用。例如，當(dāng)這個多器官芯片被用于測試癌癥治療藥物時，研究團(tuán)隊可以同時測試出藥物對于肺和心臟的副作用。

研究人員同時指出，多器官芯片系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域是藥物測試，如果這類具有多器官的微流控芯片系統(tǒng)應(yīng)用于新藥的藥物測試領(lǐng)域，將有望在藥物開發(fā)過程的早期識別藥物的毒、副作用，提高新藥研發(fā)的成功率、節(jié)省研發(fā)費用。此外，該系統(tǒng)在個性化醫(yī)療領(lǐng)域有一定的應(yīng)用價值，例如幫助醫(yī)生預(yù)測個體患者對于治療方式的反應(yīng)。