器官晶片仿人體肺部細胞 促減少動物實驗

第1717期

2019-12-12

【記者徐品蓁綜合報導】現代科學家時常以動物實驗作為藥物研究方法之一，但因動物和人類生理構造不同，常導致實驗結果與現實有落差，且動物實驗仍存道德爭議。因此國立交通大學生醫工程研究所助理教授陳冠宇帶領研究團隊，研發全台首件仿照細胞於人體內生長環境的器官晶片系統，盼能減少動物實驗，獲得更精準的醫療預測。

國立交通大學研究團隊的器官晶片系統不僅取得多項專利，更於2019未來科技展上榮獲最佳人氣技術獎。　圖／陳冠宇提供

交大生醫工程研究所師生為精準探討空氣與人體健康的關係，於是研發器官晶片系統，該系統中使用多孔薄膜隔開上下通道，上層培養肺部上皮細胞，下層則培養血管內皮細胞。交大生醫工程研究所博士生、研究團隊學生陳學倫說：「此構造仿照人體肺泡組織，讓細胞進行氣體交換。」而器官晶片外觀則由兩片透明六邊形塑膠片組成，陳學倫則解釋，其壓力差及流速控制皆與人體較相似。

國立交通大學研究團隊研發出仿生肺部器官晶片，不僅十分精巧、方便且低成本。　圖／徐品蓁攝

使用此器官晶片系統，需先抽血或取得皮膚細胞，再透過具有自我更新與分化功能的誘導型多潛能幹細胞技術（Induced pluripotent stem cell, IPSC），將之轉換為幹細胞，最終分化為肺部細胞，進一步放入晶片中。交大生醫工程研究所博士生、研究團隊學生楊家維說明，團隊對晶片中的細胞進行染色，並從顯微鏡觀察細胞的生長情形，以此得知相關數據進行研究。

陳學倫指出，該晶片系統已經過多次測試，團隊將顆粒狀的空汙樣本噴霧化置入晶片後，透過對細胞屏障之間的蛋白進行染色，觀察其在肺細胞沉積的狀況和屏障功能遭破壞的程度，以準確了解不同環境的空氣對人體的影響。陳學倫說：「正常人的細胞屏障功能是非常完整的，但若通入PM2.5的粒子培養一周後，可以觀察到細胞之間的屏障功能蛋白流失。」

透過將晶片內的細胞染色，再以顯微鏡觀察細胞生長狀況，就可獲得更精準的研究資料。　圖／徐品蓁攝

「於人體外模仿細胞在體內複雜且動態的生長環境非常困難。」楊家維說，團隊耗費四年的時間，才得到穩定的成果。國立臺灣師範大學科學教育研究所教授劉湘瑤表示，使用器官晶片系統的前提需掌握大量的生物學發展資料，而資料建構時有時仍無法避免動物實驗，他說：「如果遇到未知的問題，往往還是得從最傳統的資料建構開始。」

目前團隊已和醫院合作，獲得人體檢體後便可製作個人化晶片，「以現在的技術我們著重的是怎麼讓它走向空汙的快篩。」陳冠宇指出說，因各個環境的空汙粒子組成不同，目前很難去界定空汙對每個人的影響，若透過器官晶片做快篩後，便可初篩空汙粒子，未來盼交由環境保護署進行分析，以獲得對人體健康更加有用的資訊。

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器官晶片仿人體肺部細胞 促減少動物實驗

器官晶片仿人體肺部細胞　促減少動物實驗