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《转》访中国科学院毛红菊研究员:基于微流控的器官芯片技术的发展!

首页 » 《转》访 2020-12-07 转化医学网 赞(14)
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导读
《转》访是转化医学网的品牌专访栏目,是业内专家、大佬、知名企业智慧交流碰撞的平台,也是促进行业健康发展的重要力量,《转》访致力于打造转化医学领域最知名的专家访谈栏目。
  微流控(Microfluidics)指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升到阿升)的系统所涉及的科学和技术,是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。它具有体积轻巧、使用样品及试剂量少、能耗低且反应速度快,可大量平行处理,即用即弃等优点。目前,微流控被认为在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。
  基于微流控技术的分子检测可以大大缩减新冠病毒检测时间。新冠疫情的出现,也让大众更深刻认识到微流控技术在疾病检测方面有着重要的应用价值。
  我们有幸在长三角体外诊断产业高峰论坛上遇见中科院上海微系统所专家毛红菊研究员并对其进行了专访。她分享了自己对微流控的相关见解,并从研究者的视野对基于微流控技术的器官芯片的发展以及未来,表达了精彩观点。
  问:毛老师,此次长三角体外诊断产业高峰论坛微流控技术临床应用分论坛上,我看到您全程听完了所有嘉宾的演讲,您对此次的论坛有什么感想吗?
  答:这次的微流控技术临床应用论坛,让科研、产业、生物医学等相关专家汇聚在一起,共同学习交流微流控技术及其在体外诊断和生物医药研究应用方面的知识,很有意义。通过这次论坛也可以促进微流控技术更好的向临床转化运用。
  问:毛老师,现在微流控芯片主要应用在哪些领域?有什么影响?
  答:微流控芯片可应用于:生命科学研究、体外诊断、药物筛选、仿生研究、分析器件、微反应器、工业与环境等多个领域。尤其在医疗器械领域,微流控技术因其在样本和试剂消耗量少、快速、高通量、低成本等方面的优势对未来POCT 产品进一步实现小型化和精细化必将有推动作用!
  问:在这次论坛上,我听了您的肝脏器官芯片与血脑屏障芯片应用进展的报告,发现这个器官芯片有这么重要的应用价值。那么,这些器官芯片后期主要运用到哪些领域?
  答:今天介绍的器官芯片项目是我们基于国家重大专项支持的一部分工作,是基于微流控系统的器官芯片技术在中医药现代化方面的运用,这部分工作主要是构建器官芯片并用于中药筛选和药物毒性评价方面的研究。
  我们知道,目前的细胞培养是二维培养,缺乏维持组织特异性功能所需的细胞-细胞和细胞-细胞外基质相互作用,很难模拟出体内的三维微环境。动物实验昂贵,涉及伦理问题,后期处理问题等,并且动物代谢与人类在药物代谢通路上存在着物种差异,获得的结果很难推广到人体试验中。器官芯片是介于二维细胞培养和动物实验之间的一种模型,它既能使用人源细胞,又可以模拟体内的三维微环境。并且器官芯片可以更直接地观察到药物的作用,可以用于药物毒性的临床前预筛选,加快药物筛选进程和提高药物筛选效率。
  另外,基于微流控技术的器官芯片除了具有微型化、集成化、低消耗的特点外,还能够精确地控制环境中的多个参数变量,如流体剪切力、细胞因子浓度梯度,有助于研究器官微生理环境。
  这些器官芯片后期主要可应用于:药物筛选及研发;疾病模型的建立及病理的研究;免疫治疗及精准医疗等领域。
  问:毛老师,器官芯片离真正应用还需要多长时间呢?
  答:目前器官芯片大部分还处于研究阶段。器官芯片的研究也需要交叉学科的合作。例如在血脑屏障芯片研究过程中,细胞的三维培养需要生物背景的科研人员;芯片的模拟仿真、参数设计、芯片构建等也需要有工程背景人员参加。在器官芯片应用方面,未来还需要更多医药行业及大型药企加入其中去推动其商业化应用。
  问:你们除了肝脏器官芯片、血脑屏障芯片的研究,后期有计划其他器官的研究吗?或者你们后期的研究计划主要是什么?
  答:我们除了肝器官芯片,血脑屏障芯片等,也在做其它一些组织器官芯片,比如肺芯片、心脏芯片、口腔芯片、皮肤芯片等等,后期目标会进一步向多器官联动芯片方面发展,就是把不同的器官芯片连接起来,毕竟人体是多器官相互作用的统一整体。构建器官芯片主要应用于药物筛选和精准医疗方面。
  问:除了器官芯片,你们在微流控技术方面还有哪些研究呢?
  答:我们课题组围绕国家重点研发计划和重大专项研究的主要三个方向都和微流控技术相关:
  第一、基于微流控芯片及微纳生物传感器用于重大疾病精准诊疗及液态活检方面研究;第二、基于微流控的器官芯片技术用于药物筛选、评价和疾病模型构建等方面研究;第三、 基于微流控芯片结合微纳生物传感器用于干细胞扩增及细胞微环境监测等方面研究。
  尤其在基于生物芯片的重大疾病(包括重大传染病和肿瘤)检测技术研究领域我们已经耕耘了20年,曾获得国家一类新药证书,二类医疗器械证书,部分研究成果也进行了转化。未来我们将会深化“产学研”,和临床进一步结合,以“用”为导向,研发临床需要的“有用”产品。
  问:您从2000年就加入了中国科学院上海微系统与信息技术研究所工作,在20多年的交叉学科研究工作过程中, 您有什么经验和感想吗?
  答:2000年之前,我主要是做基础医学研究方面。2000年之后,跨进了生物和工程的交叉学科领域。我们课题组成立时,是面向生物芯片用于重大疾病检测方向的研究,属于交叉学科。因为我们学科招的主要是工科背景的学生,微电子行业的工资待遇普遍较高,学生会想怎么学了半天微电子还要去做生物试验,所以每次我都会对夏令营来我们所参观的同学讲:生命科学相关的诺奖很多都是交叉学科的成果,DNA双螺旋结构的发现就是典型的交叉学科成果的例子,并且DNA双螺旋结构的发现大大推动了生命科学的发展,所以生物交叉学科一定是未来的重要发展方向。
  随着科技的进步,生物医学交叉学科也迎来了黄金时代。当前,老龄化社会的加剧,尤其今年新冠疫情的爆发也让人们更加认识到健康的重要。今年9月份,国家领导人提出的“四个面向”就提到了“面向人民生命健康,不断向科学技术广度和深度进军”,足以说明国家对于生命大健康的重视。
  最后以毛教授的几句话收尾:做研究是需要认真、专注、坚持以及热爱。只有喜欢它,脚踏实地坚持去做,才能结出甜美的果实!
毛红菊 教授
  中国科学院上海微系统与信息技术研究所、传感技术联合国家重点实验室 研究员、博士生导师。全国生物传感专业委员会委员; 上海市生物工程学会转化医学专委会委员;肿瘤标志物专委会委员;中国肺癌防治联盟肺癌免疫治疗委员会常委。
  作为项目负责人和科研骨干,曾承担了国家973计划项目、863计划项目、中科院创新工程重大项目、国家自然科学基金和上海市重大项目等30多个重要项目。现为国家自然科学基金、国家重点研发计划课题负责人。获得了1个国家一类新药证书;部分科研成果获得转化。近年来在本领域主流期刊发表论文及国内外会议文章100余篇;作为主要发明人申请或授权专利40余项;参编专著和教材5部。
  主要研究方向 :
  第一、基于微流控芯片及微纳生物传感器用于重大疾病精准诊疗及液态活检方面研究;第二、基于微流控的器官芯片技术用于药物筛选、评价和疾病模型构建等方面研究;第三、基于微流控芯片结合微纳生物传感器用于干细胞扩增及细胞微环境监测等方面研究。(转化医学网360zhyx.com)
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