器官芯片系统能够精确监测体外三维肿瘤组织

来自弗莱堡大学微系统工程系(IMTEK)的Andreas Weltin博士、Jochen Kieninger博士和Johannes Dornhof博士的一个研究团队开发了一个系统，其中包括在三维环境中研究人体外肿瘤细胞的发育。“我们已经实现了一种器官芯片系统，可以通过微传感器随时测量和控制细胞的培养条件和代谢率。到目前为止，这在3D细胞培养中还不够可能，”Weltin说。该系统是与亚琛工业大学医院妇产科分子妇科小组合作开发的。在未来，来自病人的器官芯片系统细胞可以实现个性化的癌症治疗。科学家的研究成果发表在科学杂志上芯片实验室．

集成传感器测量细胞代谢物

在器官芯片系统中，三维组织模型通过人工电路相互连接，就像微芯片上的微型器官一样。通过这种方式，生理过程——例如肿瘤的生长——可以在体外复制和观察。该研究小组创造了一种集成微传感器和微流体的芯片设计，可以直接在原位测量细胞的代谢物。在他们的系统中，科学家们从单个干细胞中培养出乳腺癌小肿瘤，并使用电化学传感器在一周的时间内监测细胞的氧气和葡萄糖消耗以及乳酸盐的产生。

第一作者、博士生Johannes Dornhof说:“我们的平台可以实现肿瘤类器官的动态3D培养，而到目前为止经常使用静态2D培养，这只能在有限的程度上概括肿瘤的复杂微环境。”此外，该芯片系统还可用于检测药物对细胞代谢的影响——例如，在癌症研究的背景下，化疗药物对细胞的影响可以被定量和实时记录。

患者来源的细胞可以实现个性化治疗

使用病人自己的干细胞细胞这使得在体外复制原始肿瘤成为可能。这可能为个性化治疗提供新的机会，例如关于对某些化疗药物的可能耐药性，这在侵袭性三阴性乳腺癌中至关重要。在未来，应该有可能在器官芯片系统中对患者进行药物的有效性和副作用的初步测试。

Weltin说:“我们的研究结果强调了在癌症研究和药物开发中，将微传感器集成到器官芯片系统中的潜力，特别是在个性化药物方面。”Jochen Kieninger博士解释说:“这项工作很好地证明了跨学科研究的重要性。将不同的工程学科与生物学和医学结合起来是成功的关键。”