人体器官芯片新进展，东南大学团队公布两项研究成果

前不久，中国载人航天工程办公室首次公开发布《中国空间站科学研究与应用进展报告》（2024年）。东南大学数字医学工程全国重点实验室顾忠泽、陈早早团队联合中国航天员科研训练中心航天医学全国重点实验室王春艳团队研发的《基于器官芯片的失重心血管功能变化机制与防护研究》入选“太空人体研究七大进展”。

中国首块太空血管器官芯片

该研究聚焦航天员长期航天飞行后，重力环境再暴露导致的机体立位耐力不良等心血管系统失调问题。构建适用于空间实验的高仿真人工血管芯片，从器官和分子水平解析其发生机制，筛选出具有防护效果的小分子化合物。

该项目是我国首个“太空器官芯片”研究项目，亦是国际上首次开展太空人体血管研究的器官芯片项目。

实验从血管组织的水平上研究和发现了空间微重力因素对动脉血管组织重构、功能性以及细胞活性和氧化应激、机械信号等多条信号通路的影响，揭示了血管平滑肌和内皮在失重环境下激活、凋亡过程和血管 ECM 降解等的细胞学机制；通过空间药物筛选，获得了对血管损伤具有一定保护作用的黄酮醇类小分子化合物。

该研究的推进与实施是我国发展系列太空人体器官芯片工作的最初成果和成功示范，亦为科学有效地对抗航天员器官损伤和防护方法提供了理论基础和实验依据。该项目的成功开展表明我国已具备在轨开展器官芯片相关项目实验研究的能力，实现了空间生物医学实验从 2D细胞到 3D 组织器官实验的提升。

本研究的相关成果已推广至其他组织类型器官芯片的在轨应用研究中，在此基础上，研究团队成功构建了国内首个、国际第二个器官芯片的数据库。未来有望将器官芯片的相关研究进一步推广至空间微重力、空间辐射等多领域的实验研究中，为我国航天医学及医学工程实验领域的高效、快速发展增添强劲动力，提供有力支撑。

打造体外“迷你心脏”

人工血管芯片是东大团队开展的一项重要研究，前不久，东南大学梁戈玉教授、陈早早研究员团队整合心脏类器官和器官芯片技术优势，构建了心脏类器官芯片，为体外心脏毒性评估提供了一种有潜力的新模型。

心脏类器官是通过对有分化潜能的人体多能干细胞进行精细调控分化，“指挥”其变成一颗颗“迷你心脏”。这样的“心脏”在基因组上更接近人体心脏，有效解决了种属差异的问题。

不仅如此，这种“迷你心脏”具备类似人体真实心脏的多种细胞类型，能模拟真实人体心脏的搏动情况，能够肉眼可见其在体外持续跳动。

为了更进一步模拟人体心脏中的流体力学，东南大学梁戈玉教授联合陈早早研究员团队基于前沿医工交叉技术，构建了“心脏类器官芯片”。

什么是“心脏类器官芯片”？简单来说，就是通过器官芯片为“迷你心脏”搭建了一个“房子”。在不足巴掌大的“小房子”里，可以提供类似人体心脏的力学信号，从而达到更仿真地模拟体内环境的目的。

通过对心脏类器官芯片进行测试发现，该芯片可以快速响应于心脏药物的刺激，表现出心脏跳动加快、减慢、心律失常以及分泌心肌损伤标志物等类似临床上的表现。

体外实时、可视化展开毒性测试

微纳米塑料由塑料制品在紫外线照射、物理磨损和生物降解等情况下逐渐分解而成，在生态环境中大量广泛存在。这些微小粒子由于体积小、质量轻，非常容易经消化道和呼吸道进入人体，并且穿透血管屏障，跟随血液流至全身各个脏器，具有巨大的健康隐患。

为了更全面地了解心脏隐藏的敌人，团队成员利用构建的心脏类器官芯片在体外实时、可视化地对微纳米塑料进入心脏并发挥心脏毒性的全过程进行了长期的追踪。

科研人员选取了短期和长期两个暴露时间点对纳米塑料诱导的心脏损伤进行动态观察，揭示了纳米塑料能够以时间-依赖性和剂量-依赖性的方式诱导心脏结构和功能受损。

通过转录组测序分析显示，氧化应激、炎症应答、钙离子稳态失衡、线粒体损伤在微纳米塑料诱导心脏损伤的早期发挥关键作用，而心脏纤维化是心脏损伤晚期的突出特征。

此外，为了探究纳米塑料对于具有心脏基础疾病人群的影响，科研人员诱导了“心肌梗死”的病理模型，并且发现心脏病理状态下对于低剂量纳米塑料暴露的易感性大大增加。

该研究整合了心脏类器官和器官芯片技术，开发了心脏类器官芯片，并从多个维度验证了其作为体外心脏毒性测试平台的优越性和可靠性；该研究为健康或者有心脏基础疾病人群对于纳米塑料污染的防治提供重要理论依据。

通讯员 吴涵玉张少华 现代快报/现代+记者 李楠

（通讯员供图）