哈佛研究员通过创建一个“微型芯片上的人体”来实现个性化医疗

哈佛大学科学家发布了他们的最新论文。论文中，他们表示已在聚合物芯片上构造出了复杂的人造大脑，并且正在使用甲基苯丙胺（冰毒）来测试这颗大脑的生理反应。

这项研究由哈佛大学维斯生物工程研究所的本·毛兹、安娜·赫兰和爱德华·菲茨杰拉德共同领导，代表了器官芯片技术的前沿科技。这种模拟器官功能的方法将人细胞培养物整合到微流控芯片（Microfluidic chip）中，并观察对新分子和刺激的反应。

研究人员选择使用使用冰毒来作为刺激源，原因在于这种毒品对大脑的影响程度很大，因此，他们试图利用这种新系统揭示冰毒对神经血管不同部位的代谢作用。

换句话说，这些器官芯片允许科学家观察人造大脑受到毒品影响的过程，从而进一步研究大脑的功能。这不仅有助于解开常见的成瘾物质对大脑的影响，也可以为诸如毒品等成瘾物质的治疗提供信息，而且有助于开拓新方法，为大脑中的正确目标提供有用的药物。通过进一步的研究，科学家有望开创新的方式，将正确的药物输送到大脑的相应部位。

维斯团队试图复制血脑屏障（blood-brain barrier）的作用。这种半渗透性过滤器的作用就像大脑中的保镖，允许像水和葡萄糖这样有用的物质从血液中流向神经元，同时不让它们接触到具有潜在危害的分子。

为了人工模拟这种相互作用，科学家们将一个装满神经细胞的大脑芯片与两个含有内皮细胞、星形细胞和周细胞（这是控制脑屏障的细胞类型）的脑屏障芯片连接起来。

人工血液和脊髓液流经该系统，把分子引入血脑屏障芯片，之后分子被过滤到与血脑屏障芯片相连的脑芯片中。

这就是冰毒发挥效用的地方。甲基苯丙胺的最大影响之一是增大了血脑屏障的渗透性，使得血脑屏障允许更多的有害分子进入。当1.5毫米的甲基化物流入血脑屏障芯片时，大约10%的剂量穿过屏障进入大脑芯片，并与神经元结合。通过芯片反馈的结果，我们可以模拟药物对神经产生的作用。

除了药物实验外，芯片也适用于神经病理学研究。研究人员通过把中风、阿尔茨海默症、创伤性脑损伤或其他疾病患者的细胞集成到芯片中，并使用基因编辑的方法准确检测疾病。

毛兹，赫兰和菲茨杰拉德分别在特拉维夫大学，KTH皇家理工学院和乌普萨拉大学的实验室开发新的有机芯片平台。

“目前，我们在维斯研究所和实验室都有许多涉及系统和概念的研究。” 毛兹说，“比如，在芯片上建立一个包含更多器官的微型人体。最终，我们的目标是在芯片系统上创造个体的单一器官。”