心脏芯片

当我们对心肌细胞注入药物后，可以通过观察弹性薄膜薄膜颜色变化的范围和频次来观察心肌细胞受药后的活动情况。当心肌跳动的速度越快、收缩的力度越大，那么弹性薄膜的颜色也随之变化越快。东南大学生物医学工程学院生物电子学国家重点实验室赵远锦教授课题组将这种“活体”结构色水凝胶材料集成到微流控芯片中，开发出了具有微生理可视化功能的“心脏芯片”。

1、成果发表

东南大学生物医学工程学院生物电子学国家重点实验室赵远锦教授课题组研发的“变色龙”心脏芯片，为药物筛选以及单细胞生物学研究等提供了崭新平台。该研究成果于2018年3月29日以“Bioinspiredlivingstructuralcolorhydrogels”为题发表在国际*期刊《ScienceRobotics》(科学・机器人)杂志上。这也是近年来中国学者独立完成的《ScienceRobotics》文章。

2、工作原理

赵远锦教授在采访中介绍，以其主导的课题组受变色龙细胞调控结构色的启发，在国际上率先提出了构建具有结构色传感功能的“心脏芯片”的设想。

“研究人员利用表面具有微槽的反蛋白石结构水凝胶弹性薄膜进行心肌细胞培养，实现了细胞的诱导取向组装，在凝胶体系中较好的促进心肌细胞恢复自主跳动能力。”赵远锦教授告诉记者，由于心肌细胞的搏动过程伴随着细胞的伸长和收缩，因此基底上的反蛋白石结构水凝胶弹性薄膜将经历相同的体积或形态变化，表现为其自身同步变化光子禁带和结构色。

“这样，利用这一结构制造的弹性薄膜就可以通过变色达到可视化的效果。即：当我们对心肌细胞注入药物后，可以通过观察弹性薄膜薄膜颜色变化的范围和频次来观察心肌细胞受药后的活动情况。当心肌跳动的速度越快、收缩的力度越大，那么弹性薄膜的颜色也随之变化越快。”赵远锦教授解释，课题组将这种“活体”结构色水凝胶材料集成到微流控芯片中，开发出了具有微生理可视化功能的“心脏芯片”。

“该技术在心肌相关的新药评价和疾病研究中具有独特优势。”赵远锦教授表示，与常规的临床试验相比，药剂在“心脏芯片”上测试，显然更经济、更快速而且无创伤性，既是临床和理论基础之间一种有机的融合，也是多学科交叉的高度体现。同时，这种“活体”结构色水凝胶材料也为构建具有自反馈功能的动态机器人等智能器件奠定了基础。

据悉，该科研项目得到了国家优秀青年基金、江苏省杰出青年基金、以及生物电子学国家重点实验室经费的支持。

3、发展前景

“器官芯片”是利用微加工技术，通过在微流控芯片上仿生构建微器官来替代生物体，进行药物评估和生物学研究等，该项技术作为构建未来新药评价体系的重要发展趋势，近年来越来越受到业界关注。

据麦姆斯咨询2017年的报告显示，经过近几年来的快速发展，欧美研究人员已经在微流控芯片上实现了众多人体器官的构建，如芯片肝、芯片肺、芯片肠、芯片肾、芯片血管、芯片心脏以及多器官芯片等。不仅如此，国外知名研究单位和制药公司之间的合作也已使器官芯片步入了实用阶段。