仿真人体器官芯片将用于临床前试验

一直以来新药研发筛选和试验都是一个耗资耗时的工程，通过海量筛选、临床前动物实验和临床试验才能制筛选出具有运用前景化合物或蛋白质药物。在这过程中，从体外细胞筛选再到动物模型试验，如果这些化合物能达到预期的药效并对动物显示安全耐受。那么这些药物候选物就可以进入临床试验，然后通过观察这些药物在人身上的安全性、疗效作用及最适使用剂量。但是，往往一些药物在动物模型上显示安全有效，但在临床试验中遇到阻碍。这说明这些药物候选物虽然在临床前动物实验显示安全有效，但对其后期的开发（临床试验）没有准确的预测能力。

最近一次会议召集了微观生理学领域、干细胞生物学领域的专家和一些政府和监管机构的领导。这些人聚在一起讨论了"仿真人体器官芯片"作为临床前对候选药物在人体的疗效性和安全性检测的潜在发展前景和效用。

计算机的微芯片由硅树脂材料打造而成，而芯片仿真人体器官也建造于这样的材料之上：科学向经过专门蚀刻打造的模具中浇筑液态硅胶，模具上有很多槽道，因此硅树脂芯片上也就多了很多槽道。在这些槽道里，科学家安置培育了很多人体细胞。这些细胞从槽道的底部生长，而培养液则会在槽道中流动以便为细胞输送营养。于是，科学家就可以在培养液中加入等待测试的新药或者其他物质，观察其与细胞结合之后的情况。

在美国，ncats，fda，dtra和欧洲的hdmt都认为这个系统具有运用潜力和开发前景。它能给药物、生物制剂和纳米治疗提供更好、更直接的临床前试验模型，从而更准确地判断对人的疗效和安全性。

为什么说“人体芯片系统”是动物实验的终结者？

美国应用数据公司即将进行人体芯片实验的消息公布后，立即招来非议。人权组织担心此举会“侵犯个人隐私”。因为植入了该芯片的人无论走到哪里，都会受到GPS系统的监视，其个人的行踪就会被泄露出去。宗教团体则反对说：“此举将威胁人的尊严”，而且“机械侵犯了神的领域”。如果象VeriChip一样任人体芯片继续发展下去的话，人类的记忆力也可能用人体芯片来代替，那么人类固有的能力恐怕就只剩下“思考能力”了。近年来，科学家们为了能尽快地克服人类老化现象和某种疾病，正在尝试利用人体芯片来增强大脑的思考功能。此举如果成功，留给人类的就只剩下“感情”这个东西了。或许有那么一天，人类的“感情”也会被人体芯片所取代。这样，人类将无法回答这样的问题：“人类到底是什么？”。
其实，人体芯片并不是最近才突然冒出来的新鲜概念，关于它的争论也有好几个年头了。早在1998年，英国伦敦雷丁大学的控制论教授布莱恩·沃里克就曾经尝试着把一枚芯片植入他的前臂，看是否能用计算机来跟踪他在学校里位置。如今，“VeriChip”和“数字天使”等人体芯片已经实用化，何时走进人体只是时间问题。媒体认为，除了技术问题，许多可能出现的法律和隐私问题，有可能成为人体芯片技术普及的主要障碍。但是，无论何种障碍，都无法阻止人体芯片进入人体的步伐，人体芯片在人体内“安营扎寨”的日子并不遥远！

世界上最小的单芯片系统，可以用针头注射到人体内

随着电子产品的不断小型化，为我们提供了许多监测和改善 健康 状况的新手段和新方法，甚至拓展出一些非常令人兴奋的可能性。近日，来自 哥伦比亚大学（Columbia University） 的工程师们展示了这项技术的一个极端版本，他们开发了有史以来最小的单芯片系统，该系统可以用注射针植入皮下以测量体内温度，甚至还可以拓展更多用途。

上图：世界上最小的单芯片系统，位于皮下针头的顶端。

当前，从瓢虫大小的植入物（追踪人体深层组织中的氧气水平）到微型“神经尘埃”传感器（实时监测神经信号），科学家们在微型电子设备的功能方面迈出了很大的一步。这次，由哥伦比亚大学工程师开发的植入物是世界上最小的单芯片系统，它是一个总体积不到0.1立方毫米的全功能电子电路，具有新的突破。

这使得它像尘螨一样小，比世界上最小的计算机要小得多。这是一台每边0.3毫米（0.01英寸）的立方体设备。这种微型芯片只有在显微镜下才能看到，需要一些创新思维才能制造出来，尤其是在它的通信和供电方式方面。

一般来说，小型电子设备可能采用射频（RF）模块来发送和接收电磁无线电信号，但这些波长太大了，不能用于如此小的设备。 另一方面，在给定的频率下，超声波的波长要小得多，因为声波的速度远远低于电磁波传播的光速。因此，该团队安装了一个压电换能器，作为无线供电和通过超声波进行通信的“天线”。

这与机载低功率温度传感器相结合，将芯片转化为实时温度传感的探针，使其能够监测体温以及由超声波治疗应用驱动的温度波动。这种植入物的能力在实验活体老鼠身上得到了证明，在那里它被用于超声波神经刺激，通过注射器肌肉注射，一次最多可以将七个植入物植入实验老鼠体内。

最终，科学家们设想将这种芯片植入人体，然后通过超声波将测量到的信息无线传输出来。以目前的形式，这仅限于体温，但未来可能还会包括血压，血糖水平和呼吸功能等信息。

领导该项研究的科学家表示：“我们想看看，我们能把芯片的功能缩小到什么程度。这是‘芯片即系统’的新概念 ——这是一种单独的芯片，不需要其他任何东西，就是一个完整的电子系统。 这对于开发无线微型植入式医疗设备来说应该是革命性的，这种设备可以感知不同的东西，用于临床应用，并最终被批准用于人类。”

这项研究发表在《科学进展》杂志上。

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