2012年諾貝爾生理學(xué)/醫學(xué)獎得主(也是2010年京都獎得主)、日本科學(xué)家山中伸彌(Shinya Yamanaka)所發(fā)現的多能性干細胞(pluripotent stem cell)，研究人員已經(jīng)能讓心臟在單芯片上跳動(dòng)；而這個(gè)來(lái)自美國加州柏克萊大學(xué)(University of Berkeley)的生物工程研究團隊還嘗試以芯片來(lái)打造所有的人體器官，并以微流體信道來(lái)鏈接，目標是用一片晶圓制作出完整的“人”。

 

“我們已經(jīng)知道如何利用山中所發(fā)現的皮膚干細胞產(chǎn)出幾乎所有種類(lèi)的人體組織，”柏克萊大學(xué)教授Kevin Healy在接受《電子工程專(zhuān)輯》美國版編輯訪(fǎng)問(wèn)時(shí)表示：“我們最初的應用是鎖定藥物篩選，如此就不必透過(guò)動(dòng)物實(shí)驗；而利用病患的干細胞來(lái)打造器官單芯片，也可能有助于遺傳性疾病的治療。”

 

“心臟單芯片(heart on-a-chip)”每一次跳動(dòng)，會(huì )將血液打進(jìn)其硅膠與聚合物容器內的微流體“血管”

 

因為以微流體通道鏈接不同器官，在其中運送血液與天然的生物體液，上述“人體單晶圓”可望被應用于研究藥物在不同器官之間的交互作用。“舉例來(lái)說(shuō)，某種藥物可以治療心臟疾病，卻會(huì )在肝臟產(chǎn)生毒素；”Healy表示：“而這若是能在對病患施用藥物之前就發(fā)現會(huì )更好。”

加州柏克萊大學(xué)所開(kāi)發(fā)的“心臟單芯片”用以放置從成人干細胞產(chǎn)出的人類(lèi)心臟組織，該系統有一天可望替代實(shí)驗動(dòng)物應用于藥物安全篩檢

 

（來(lái)源：University of California at Berkeley；由Healy實(shí)驗室的Anurag Mathur所拍攝）

 

那是否能利用此技術(shù)打造出“有生命”的機器人？Healy表示這并不在他們目前的研究范圍內，因為該團隊是由美國國家衛生研究院(National Institutes of Health)的“藥物篩檢用人體組織芯片開(kāi)發(fā)計劃(Tissue Chip for Drug Screening Initiative)”所贊助，這個(gè)跨單位的合作研究計劃目標是開(kāi)發(fā)藥物篩檢應用的人體組織3D芯片。

 

不過(guò)既然該技術(shù)能打造人體器官單芯片，以及鏈接并讓器官互動(dòng)的微流體信道，也許有一天能做為類(lèi)生物機器人的基礎；Healy表示：“我們會(huì )需要的是傳感器與致動(dòng)器，其中傳感器是最簡(jiǎn)單的，而麻省理工學(xué)院(MIT)已經(jīng)在開(kāi)發(fā)扮演致動(dòng)器的人造肌肉。”

一片4英寸晶圓能制作24顆人工心臟芯片（來(lái)源：University of California at Berkeley）

 

到目前為止，Healy與他的團隊成員已經(jīng)制作出吋許長(cháng)的人工心臟，以硅膠為外殼，內含真正的心臟肌肉細胞；心臟細胞被嵌入該裝置后約24小時(shí)，就會(huì )開(kāi)始自發(fā)性地以每分鐘55~80次的速率跳動(dòng)，從微流體通道推送血液。這種人工心臟一般也會(huì )對藥物產(chǎn)生反應，跳動(dòng)速率因此加快或是減慢。

 

Healy實(shí)驗室博士后研究員、加州再生醫學(xué)研究院(California Institute for Regenerative Medicine)院士Anurag Mathur表示，這種人工心臟的微流體通道目前只能傳輸營(yíng)養素，但未來(lái)也可望將廢棄物排除。目前研究團隊所制作出的細胞能存活數周，有一天在單晶圓片上可望制作數百顆人體器官單芯片，彼此之間以微流體通道鏈接，傳輸血液與其他基本體液。