器官芯片

器官芯片（OOC）是一个多通道的3-D微流控细胞培养、集成电路（芯片），模拟整个器官或器官系统的活动、力学和生理反应，是一种人工器官。

它构成了重要的生物医学工程研究的主题，更确切地说，是生物机电系统。

芯片上的实验室（LOCs）和细胞生物学的融合允许在特定器官的背景下研究人类生理学，引入体外多细胞人类生物体的新模式。

有一天，它们或许将废除药物开发和毒素测试中对动物的需求。

尽管有多份出版物声称已将器官功能转化到这个界面上，但这种微流控应用的运动仍处于起步阶段。

芯片上的器官在不同的研究者之间的设计和方法会有所不同。因此，这些系统的验证和优化将可能是一个漫长的过程。

已经被微流控设备模拟的器官包括大脑、肺、心脏、肾、肝、前列腺、血管（动脉）、皮肤、骨骼、软骨等等。

尽管如此，建立有效的人工器官不仅需要精确的细胞操作，而且需要详细了解人体对任何事件的基本复杂反应。

芯片上的器官的一个共同问题是在测试过程中对器官的隔离。人体是一个复杂的生理过程网络，因此模拟单个器官是一个挑战。微细加工、微电子学和微流体学提供了在精确模拟的条件下对复杂的体外生理反应进行建模的前景。

器官芯片的开发使人们能够研究人类病毒感染的复杂病理生理学。一个例子是肝脏芯片平台，它使病毒性肝炎的研究成为可能。

芯片上的实验室是一种在单个芯片上整合一个或几个实验室功能的设备，它处理中空微流控通道中的颗粒。它已被开发了十多年。

在如此小的规模下处理颗粒的优势包括降低流体体积消耗（降低试剂成本，减少浪费），增加设备的便携性，增加过程控制（由于更快的热化学反应）和降低制造成本。

此外，微流体的流动是完全层状的（即没有湍流）。因此，在一个中空通道中的相邻流之间几乎没有混合。

在细胞生物学融合中，流体中的这一罕见特性被用来更好地研究复杂的细胞行为，如响应趋化刺激的细胞运动、干细胞分化、轴突引导、生化信号的亚细胞传播和胚胎发育。

3D细胞培养模型通过促进更高水平的细胞分化和组织组织，超过2D培养系统。三维培养系统更成功，因为ECM凝胶的灵活性可以容纳形状变化和细胞-细胞连接--以前被刚性的二维培养基质所禁止。

然而，即使是最 好的三维培养模型也不能在许多方面模仿器官的细胞特性，包括组织与组织之间的界面（如上皮和血管内皮），化学品的时空梯度，以及机械活性的微环境（如动脉的血管收缩和血管扩张对温度差的反应）。

微流控技术在片上器官中的应用使营养物质和其他可溶性线索在整个可行的三维组织构建中得到有效的运输和分配。

芯片上的器官被称为下一波三维细胞培养模型，它模仿整个活体器官的生物活动、动态机械特性和生化功能。

芯片上的大脑设备通过以下方式在神经科学和微流控之间创造了一个接口。

1）提高培养的可行性；

2）支持高通量筛选；

3）在体外/体内模拟器官水平的生理和疾病，

以及4）增加微流控设备的高精度和可调性。

脑芯片设备在细胞培养方法上跨越了多个复杂的层次。

设备已经使用了从传统的二维细胞培养到器官型脑片形式的三维组织的平台。

器官型脑片是一种体外模型，可复制体内生理学，具有额外的吞吐量和光学优势，因此与微流控设备配对良好。

脑切片比原代细胞培养有优势，因为组织结构被保留下来，多细胞的相互作用仍然可以发生。它们的使用是灵活的，因为切片可以在急性期使用（少于6小时）。