Wyss研究所的器官芯片变得智能和电动

片上器官(organ chip)正在成为一种强大的工具，使研究人员能够以前所未有的方式研究人体器官和组织的生理学。通过模拟正常的血液流动、机械微环境以及不同组织在活体器官中如何相互物理连接，它们提供了一种比其他体外方法更系统的测试药物的方法，最终可以帮助取代动物测试。

由于人体细胞可能需要几周时间才能在器官芯片中培养成完全分化的功能性组织，如模拟肺和肠的组织，因此研究人员正在试图了解药物、毒素或其他干扰如何改变组织的结构和功能。由Don Ingber领导的Wyss生物工程研究所一直在寻找非侵入性的方法来监控这些微流体设备中培养的细胞的健康和成熟度。特别是，难以测量在器官芯片中生长的细胞的电功能的变化，这些细胞通常是电活性的，例如大脑中的神经元或跳动的心脏细胞，在其分化期间和对药物的响应中。

现在，Ingber的团队与Wyss Core College成员Kit Parker及其团队合作，通过将器官芯片与嵌入式电极相匹配，为这些问题提供解决方案，从而可以准确、连续地监测跨上皮电阻(TEER)，这是一种广泛使用的组织健康指标，如心脏芯片模型，以及对分化和活细胞电活动的实时评估。

医学博士Ingber是Wyss研究所的创始主任，哈佛医学院血管生物学和波士顿儿童医院血管生物学项目的Judah Folkman教授，哈佛大学工程和应用科学学院(SEAS)的生物工程教授John A. Paulson。他也是帕克SEAS生物工程和应用物理学的塔尔家庭教授。

英格伯说：“这些电活性器官芯片有助于为人们打开一扇窗户，让他们看到活细胞和组织在器官环境中如何发挥作用，而不必进入人体，甚至不必从芯片中取出细胞。”“我们现在可以开始研究不同的组织屏障如何通过感染、辐射、药物暴露甚至营养不良而受到实时损伤，以及它们如何和何时愈合以应对新的再生疗法。”

Te测量用于量化电极之间和组织-组织界面之间的离子通量，组织-组织界面由器官特异性上皮和内皮组成，是许多研究所人体器官芯片的核心部件。上皮细胞形成了覆盖我们皮肤内表面和大多数内脏器官的组织层，而内皮细胞排列在支持其功能的相邻血管和毛细血管上。这两个细胞层都可以作为小分子和离子的屏障，保护器官并执行特殊功能，如肠道吸收或肾脏尿液分泌。相反，药物毒性、感染、炎症和其他有害刺激可以破坏这些障碍。因此，基于离子通道或电阻限制的TEER测量可用于评估这些细胞层的基线功能完整性和由药物或其他毒性试剂引起的损伤反应。“使用新的逐层制造工艺，我们创造了一个微流体环境，其中TEER测量电极是芯片架构的一个组成部分，并尽可能靠近两个平行运行通道之一或两者中的组织生长，”Wyss研究所的工程师Olivier Henry博士说，他是新有机芯片设计的推动者。与过去的电极设计相比，这种固定的几何形状允许在实验中和实验之间进行完全可比的精确测量，

Wyss团队的TEER测量器官芯片设计在芯片实验室发布。除了英格伯和亨利，其他作者还包括研究期间与英格伯一起工作的博士后研究员雷米维勒纳夫(Remi Villenave)博士，以及Wyss的研究人员迈克尔克朗斯(Michael Cronce)、威廉莱内韦博(William Leineweber)和马克西米利安本茨(Maximilian Benz)。

在芯片实验室报告的第二项研究中，Ingber-Henry团队与Kit Parker合作，后者对心脏生物学有浓厚的研究兴趣。通过合作，这个Wyss跨学科团队通过将多电极阵列(MEA)集成到可以测量电活性细胞(如心肌细胞)行为的芯片中，进一步增强了TEER芯片的功能。

研究人员使用TEER-MEA芯片构建了一种脉动血管化心脏芯片，其中人类心肌细胞在微流控通道中培养，微流控通道由平行于内皮内衬血管通道的第二层半透膜分隔。为了测试芯片的新功能，研究小组用已知的炎症刺激因子处理血管化的心脏芯片，该炎症刺激因子特异性破坏内皮屏障或直接作用于心肌细胞的心脏刺激因子。

“这种新芯片使我们能够进行实时电生理测量，使用TEER测量来评估心脏内皮屏障的完整性，同时使用MEA来量化心脏细胞的跳动频率。这使我们能够揭示在两个细胞群紧密耦合的情况下，药物如何影响心脏功能，”第二项研究的第一作者之一、技术开发研究员Ben Maoz博士说。怀斯学院和帕克团队的成员。Maoz与Henry和Anna Herland博士分享了第一作者。他是Ingber团队的博士后研究员，现在是瑞典斯德哥尔摩皇家理工学院和卡罗林斯卡学院的助理教授。此外，这项研究是由威廉莱因韦博撰写的，

“芯片上器官的未来是仪器化芯片：在数据收集过程中，实验者被排除在外。器官模拟物的连续数据收集是我们在长期实验中测量药物疗效和安全性所需要的。这些技术为我们提供了前所未有的粒度，”基特帕克说。

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