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科學家讓人類心臟在晶片上跳動

上網時間: 2015年03月13日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:心臟  單晶片  人體器官  柏克萊大學  幹細胞 

用2012年諾貝爾生理學/醫學獎得主(也是2010年京都獎得主)、日本科學家山中伸彌(Shinya Yamanaka)所發現的多能性幹細胞(pluripotent stem cell),研究人員已經能讓心臟單晶片上跳動;而這個來自美國加州柏克萊大學(University of Berkeley)的生物工程研究團隊還嘗試以晶片來打造所有的人體器官,並以微流體通道來連結,目標是用一片晶圓製作出完整的「人」。

「我們已經知道如何利用山中所發現的皮膚幹細胞產出幾乎所有種類的人體組織,」柏克萊大學教授Kevin Healy在接受EETimes美國版編輯訪問時表示:「我們最初的應用是鎖定藥物篩選,如此就不必透過動物實驗;而利用病患的幹細胞來打造器官單晶片,也可能有助於遺傳性疾病的治療。」

「心臟單晶片(heart on-a-chip)」每一次跳動,會將血液打進其矽膠與聚合物容器內的微流體「血管」
「心臟單晶片(heart on-a-chip)」每一次跳動,會將血液打進其矽膠與聚合物容器內的微流體「血管」
(來源:University of California at Berkeley;點此連結另開YouTube視訊)

因為以微流體通道連結不同器官,在其中運送血液與天然的生物體液,上述「人體單晶圓」可望被應用於研究藥物在不同器官之間的交互作用。「舉例來說,某種藥物可以治療心臟疾病,卻會在肝臟產生毒素;」Healy表示:「而這若是能在對病患施用藥物之前就發現會更好。」

加州柏克萊大學所開發的「心臟單晶片」用以放置從成人幹細胞產出的人類心臟組織,該系統有一天可望替代實驗動物應用於藥物安全篩檢
加州柏克萊大學所開發的「心臟單晶片」用以放置從成人幹細胞產出的人類心臟組織,該系統有一天可望替代實驗動物應用於藥物安全篩檢
(來源:University of California at Berkeley;由Healy實驗室的Anurag Mathur所拍攝)

那是否能利用此技術打造出「有生命」的機器人?Healy表示這並不在他們目前的研究範圍內,因為該團隊是由美國國家衛生研究院(National Institutes of Health)的「藥物篩檢用人體組織晶片開發計畫(Tissue Chip for Drug Screening Initiative)」所贊助,這個跨單位的合作研究計畫目標是開發藥物篩檢應用的人體組織3D晶片。

不過既然該技術能打造人體器官單晶片,以及連結並讓器官互動的微流體通道,也許有一天能做為類生物機器人的基礎;Healy表示:「我們會需要的是感測器與致動器,其中感測器是最簡單的,而麻省理工學院(MIT)已經在開發扮演致動器的人造肌肉。」

一片4吋晶圓能製作24顆人工心臟晶片
一片4吋晶圓能製作24顆人工心臟晶片
(來源:University of California at Berkeley)

到目前為止,Healy與他的團隊成員已經製作出吋許長的人工心臟,以矽膠為外殼,內含真正的心臟肌肉細胞;心臟細胞被嵌入該裝置後約24小時,就會開始自發性地以每分鐘55~80次的速率跳動,從微流體通道推送血液。這種人工心臟一般也會對藥物產生反應,跳動速率因此加快或是減慢。

Healy實驗室博士後研究員、加州再生醫學研究院(California Institute for Regenerative Medicine)院士Anurag Mathur表示,這種人工心臟的微流體通道目前只能傳輸營養素,但未來也可望將廢棄物排除。目前研究團隊所製作出的細胞能存活數周,有一天在單晶圓片上可望製作數百顆人體器官單晶片,彼此之間以微流體通道連結,傳輸血液與其他基本體液。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Heart On-A-Chip Beats,by R. Colin Johnson)





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