人体器官芯片的崛起本身就有很强的现实需求和应用场景，即新药研发。首先，现代新药研发成本极高、周期长、失败率高的一个主要原因是，进入临床试验阶段，药物失败的风险非常高。因此，提高人体对药物反应预测的准确性可以有效降低临床试验的试错成本。

其次，目前临床前试验中的药物模型预测主要来自动物试验。除了分析复杂、耗时和道德问题外，动物药物模型的最大缺点是不能准确模拟人类系统。即使是像老鼠这样的动物模型，其99%的基因与人类相同，也会引入很多药物预测偏差。

此外，替代动物试验的体外细胞模型具有快速、高通量的特点，可广泛用于早期化合物的筛选。然而，这种在培养皿或多孔板中培养的简单细胞模型具有不完全的生理功能，不能反映生理条件下组织之间的相互作用和药物生成机制。

因此，药物研发需要更精确的药物筛选技术，能够更好地反映生理机制。建立人体器官的100%模型仍然有点困难，但对人体器官的关键部分和功能进行逆向工程是可行的，器官芯片是基于微流体技术诞生的。

类器官芯片这个听起来有点赛博格（Cyborg）意味的技术，不像我们通常的半导体芯片那样高深，自20世纪90年代以来一直存在。器官芯片技术是仿生生物学和微处理技术的结合。它主要使用微流体技术来控制流体流动，并结合细胞-细胞相互作用、基质特性、生物化学和生物力学特性，在芯片上构建人体器官的三维生理微系统。微流控芯片系统可以将微器官的直径控制在毫米甚至微米以内，并增强营养交换以防止微器官核心细胞死亡。

到目前为止，已经发表了不同的人体器官芯片有：肠芯片、肺芯片、心脏芯片、肝脏芯片、脑芯片、肿瘤芯片和由多个器官芯片组成的人体芯片。单个器官芯片的研发可以让研究人员更直观地了解器官组织变化的生理机制，也可以实现特殊药物实验和检测的功能。

例如，哈佛大学的Emulate公司开发的一种肠道芯片可以恢复人体肠道的三维褶皱和绒毛结构，甚至可以实现微生物群落的共生。因此，它可以很好地构建口服药物的吸收和代谢模型。另一个例子是在心脏芯片中重建心脏微环境的三维结构，可以用来观察和比较心血管药物开发过程中心肌细胞对不同刺激的反应。研究人员在芯片上成功测试了不同浓度的肾上腺素对心肌细胞收缩力的影响。

理论上，器官芯片可以以一种新的方式再现人体器官的生理和病理活动，让研究人员直观地观察和研究身体的各种生物学行为，为理解新药靶点的生物学机制和疾病研究提供了新的视角。同时，它为预测新药的疗效和安全性、探索物种差异和意想不到的临床表现提供了一种新的方法。

类器官芯片作为一项新技术，凭借其对组织器官的精确模拟和对实验参数的精确调节，已逐渐应用于许多医学领域。与肾脏领域的交叉为肾脏疾病的药代动力学研究和模型构建注入了新的动力。Emulate Bio所提供的开放灵活的器官芯片平台，它已应用于许多生物学领域，如开发或疾病模型构建、药物开发、免疫反应治疗、微生物感染等。相信随着科研人员的努力和新制造技术的发展，器官芯片越来越完善，促进了疾病个性化治疗和药物的开发和筛选。

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