15.3.4　类器官互作

人体是一种复杂的多器官互联系统，目前，传统类器官培养方式难以反映出多种类器官之间的功能互联。借助微流控芯片技术，有望为实现多种类器官功能互作提供可靠的研究平台，有助于从系统层面深入理解人体器官的发育和疾病发生的病理学机制。一项研究报道了一种人体仿生肠-肝-脑类器官互作系统，通过灌注免疫细胞研究人神经退行性疾病帕金森（Parkinson's disease，PD）的病理机制［95］。发现多器官体系内脑类器官具有近似体内的生理病理反应，同时还发现肠道微生物来源的短链脂肪酸能够加速PD的发病进程。该研究将多器官体系与免疫细胞、肠道微生物结合，有利于研究器官-器官、器官-免疫系统和器官-肠道微生物之间的特异性相互作用。特别是结合了患者来源的iPSCs可用于解析遗传和环境因素如何导致神经退行性疾病的发生和发展。(https://www.daowen.com)

体内药物的吸收、运输、代谢和排出（absorption，distribution，metabolism，and excretion，ADME）涉及多种器官。传统单一细胞或类器官难以真实准确的模拟体内生理过程，在用于临床前和体内药物实验中，出现未能预测的药物疗效或药物毒性，造成难以估量的损失。在药物筛选和检测过程中，迫切需要自动化操作和实时监控细胞和组织培养平台，以实现快速准确的药物筛选和毒性测评。目前有研究报道建立了集成肝、心、血管、肺、脑、肠和生殖等多种原代组织和类器官的芯片系统，模拟药物跨多个组织的相互依赖的代谢和下游效应，并用于药物开发过程中的毒性检测［96，97］。通过对多种器官的表型和生化指标进行实时检测，及时发现不同器官对药物反应的时间和空间差异，对明确药物代谢过程具有指导意义。同时，这种集成多器官药物筛选模型显示了人体生理相关性，可能会降低新药研发相关的成本和失败率。此外，Fangchao Yin等人构建了一种hiPSCs来源的心肌-肝类器官体系用于抗抑郁药氯米帕明的药物毒性研究。结果显示，氯米帕明经肝代谢后产生去甲基氯米帕明，导致心肌活性明显降低，跳动和钙离子运输功能受损，显示该药物在体内具有肝代谢依赖性的心脏毒副作用［98］。在另一些研究中，发现有些药物反应的出现依赖于肝和其他组织间的相互作用，这提示在研究药物的疗效和副作用时，只针对一种器官进行药物评估可能会出现较大偏差，因而应同时考虑多种器官间的相互作用。近期，一种干细胞来源的人心脏类器官、肝脏类器官、骨骼和皮肤组织共培养的多器官芯片系统开发出来，由动态灌注培养的血管内皮屏障进行器官功能连接，该系统显示了4种组织器官的长期培养和功能成熟，并用于药物测试，体现了功能更成熟的复杂类器官的相互作用和近似体内的药物反应。