2012年美國國立衛(wèi)生研究中心（NIH）、美國食品和藥物管理局（FDA）和美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）聯(lián)合發(fā)起“organs-on-chips”（人體器官芯片）的研發(fā)工作，計(jì)劃投入7500萬美元。參與研發(fā)的團(tuán)隊(duì)有哥倫比亞大學(xué)、康奈爾大學(xué)、杜克大學(xué)、哈佛大學(xué)、霍普金斯大學(xué)、麻省理工大學(xué)、威斯康星大學(xué)、加州大學(xué)、華盛頓大學(xué)、范德堡大學(xué)、德克薩斯大學(xué)、匹茲堡大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)等十余所美國高校。

在新藥的臨床前實(shí)驗(yàn)中，使用小白鼠模型能夠了解新藥對(duì)整體的影響，但不能很好的反應(yīng)新藥對(duì)人體的影響；使用體外培養(yǎng)的人體細(xì)胞，能夠了解新藥對(duì)人體的影響，卻又缺乏整體的把握。因此，早在10多年前，康奈爾大學(xué)的Mike Shuler首次提出了，用人體不同器官的細(xì)胞在芯片上構(gòu)建人體組織，模擬人體環(huán)境的設(shè)想。

以Wyss研究所開發(fā)的肺芯片，詳解芯片的基本結(jié)構(gòu)。Wyss研究所使用了制作計(jì)算機(jī)芯片的技術(shù)，將活的人體器官細(xì)胞植入到芯片上，同時(shí)芯片可以模擬細(xì)胞在人體內(nèi)的環(huán)境。在芯片的槽道中有三個(gè)并列的流體通道，兩邊的通道是真空通道，中間的通道是植入細(xì)胞的通道。在中間通道的正中間有一層有透性的生物膜，薄膜上布滿小孔。在薄膜的上面鋪滿一層肺細(xì)胞，薄膜的另一面鋪滿血管細(xì)胞。因此，薄膜上面可以流通空氣，下面可以流通血液。另外，兩側(cè)的真空通道可以收縮，同時(shí)帶動(dòng)中間的通道一同收縮，于是肺細(xì)胞也跟著收縮，這就模擬了人體肺泡在呼吸過程中的收縮生理過程。

人體芯片的工作原理：要模擬肺部感染，首先在鋪有肺細(xì)胞的上層通道釋放病原菌；然后在下層通道里加入人體白細(xì)胞。當(dāng)白細(xì)胞感覺到病原菌侵入時(shí)，它們會(huì)從血液中進(jìn)入肺部，吞噬病原菌。如果要整個(gè)免疫過程是可視化的，可以對(duì)白細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記，然后就可以在顯微鏡下看到白細(xì)胞在血道中穿梭，穿過薄膜上的小孔，吞噬侵染肺細(xì)胞的病原菌（被綠色標(biāo)記）。如此一來，整個(gè)研究過程就變得可視化了。

當(dāng)然，上面所描述的人體免疫過程只是其中一方面的應(yīng)用。Wyss研究所的科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出了多款器官芯片。并期望通過這項(xiàng)技術(shù)可以深入的了解藥品、化學(xué)物質(zhì)、食物甚至是化妝品對(duì)人體的影響。除了肺之外，他們已經(jīng)開發(fā)出了腸、肝、腎的芯片，以及皮膚、眼睛和血腦屏障系統(tǒng)。目前，模擬人體芯片的用途廣泛。例如：了解新藥靶標(biāo)的生物機(jī)制，為疾病的研究提供新的視角，預(yù)測新藥的有效性和安全性，探索物種的差異性和意外的臨床表現(xiàn)，減少、精細(xì)化以及取代動(dòng)物試驗(yàn)，臨床診斷的發(fā)展，個(gè)性化醫(yī)療的應(yīng)用等。

目前Emulate公司的研究團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)一項(xiàng)大膽的人體研究計(jì)劃。他們要為個(gè)人定制器官芯片。這一項(xiàng)研究極有可能徹底改變我們了解自己身體的方式。最終的芯片應(yīng)該是這樣的，把所有的人體器官都集成到一張芯片上，這樣就可以全面了解新藥對(duì)人體重要器官的影響。