日前，東南大學生物醫學工程學院生物電子學國家重點實驗室趙遠錦教授課題組在“器官芯片”的研究中取得重要進展，課題組成員受變色龍變色機制的啟發，將“活體”結構色水凝膠材料整合到微流體中，開發了具有微生理可視化功能的“心臟芯片”，為藥物篩選以及單細胞生物學研究等提供了嶄新的平臺。該研究成果于2018年3月29日以“Bioinspired living structural color hydrogels”為題發表在國際頂級期刊《Science Robotics》（科學-機器人）雜志上。這也是該雜志刊發的首篇中國學者獨立完成的論文。

“器官芯片”是要在微流控芯片上仿生構建微器官來替代生物體，進行藥物評估和生物學研究等。作為構建未來新藥評價體系的重要發展趨勢，器官芯片對于支撐我國創新藥物研發以及轉化醫學的發展具有重大戰略意義。心臟是人體最重要的器官，因此，構建具有心肌細胞傳感功能的“心臟芯片”是“器官芯片”開發的重要內容。東南大學趙遠錦教授課題組受變色龍細胞調控結構色的啟發，在國際上率先提出了構建具有結構色傳感功能的“心臟芯片”的設想。研究人員利用表面具有微槽的反蛋白石結構水凝膠彈性薄膜進行心肌細胞培養，實現了細胞的誘導取向組裝，在凝膠體系中較好的促進心肌細胞恢復自主跳動能力。由于心肌細胞的搏動過程伴隨著細胞的伸長和收縮，因此基底上的反蛋白石結構水凝膠彈性薄膜將經歷相同的體積或形態變化，表現為其自身同步變化的光子禁帶和結構色。這種“活體”結構色水凝膠材料為構建具有自反饋功能的動態機器人等智能器件奠定了基礎。特別是將“活體”結構色水凝膠材料集成到微流控芯片中，一個前所未有的具有微生理可視化功能的“心臟芯片”得以開發。該技術在心肌相關的新藥評價和疾病研究中具有獨特優勢，與常規的臨床試驗相比更經濟、更快速而且無創傷性，既是臨床和理論基礎之間一種有機的融合，也是多學科交叉的高度體現，代表著我國創新藥物研發關鍵技術平臺的重大突破。

論文第一作者為2015級博士生付繁繁，趙遠錦教授是論文的唯一通訊作者。相關工作得到了國家優秀青年基金、江蘇省杰出青年基金、以及生物電子學國家重點實驗室經費的支持。（遠景）

文章來源：東南大學新聞網

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