制造迷你“仿真人类”

你玩过积木吗?只要发挥智慧和创意，人们能用那一块块方体、柱体和锥体的积木搭建出各种各样神奇的形状。那么，你有没有试过用积木搭建出人体呢?现在，科学家们已经能用“积木”搭出真正的人体了。

制造“芯片器官”

近年来，细胞体外培养技术得到了很大的发展，顾名思义，这是将生物体内的细胞提取出来，在实验室环境中进行培养和分化的技术。细胞分化会形成什么?答案是组织和器官，器官按一定的次序组合且发挥功能，就能“组装”成生物体。那么，能将人体细胞在体外培养成一个“仿真人”吗?这是一件十分困难的事情。我们知道，细胞在人体中的生长环境非常复杂，神经电信号、细胞间的化学信号以及细菌与细胞的相互作用等许多因素影响着每一个在身体内部生长和分化的细胞，我们很难在实验室和培养皿中准确模拟人体内复杂且不断变化的生理环境。

好在，科学家们想出了一个绝妙的主意，他们制造了许多的“芯片器官”。芯片器官参考了芯片的原理，在一张张芯片大小的玻片上，微雕出许多通道和腔室，与电子芯片不同的是，这些通路中流动的不是电子和电流，而是液体。不同的液体在这块四通八达甚至还有分层的芯片上流动，就像人体中不断流动的血液和淋巴液等体液一样。

制好芯片后，科学家们就可以根据细胞的特性在上面培养细胞，比如心肌细胞多为长方形，紧紧排列成一条条心肌纤维，科学家们就将它们培养在狗骨头形状的腔室中，让它们充分发挥收缩舒张、运输血液的作用;又比如圆鼓鼓的脂肪细胞，它们擅于储存和释放能量，科学家就将它们培养在一个大大的圆柱形腔室中，给它们留出充足的变身空间。像在人体内一样，这些细胞会互相“帮助”，心肌细胞需要脂肪细胞提供的能量维持运动，而脂肪细胞也需要依赖心肌细胞泵血传递的养分和氧气维持生命，这些物质就由通路中流动的体液进行传输。这样，一个模拟器官就造好了。

芯片和细胞组成的“迷你人类”

运用这个思路，2010年，加拿大多伦多大学的一个团队研制出了第一款“芯片器官”——血管。研究人员在芯片中搭建了一个空心的血管支架，然后在支架外侧培养了一层血管表皮细胞和一层平滑肌细胞。表皮细胞分泌血管收缩因子和血管舒张因子，平滑肌细胞通过缓慢持久的收缩维持血管张力，两者共同调节血管模型的三维形态。研究人员在血管模型的两侧还搭建了导管，用于模拟人体中血管与周围环境的物质交换。这个血管芯片能完美地模拟人体血管的作用过程。

此后，许多科学家制造了各种“芯片器官”，包括肠道芯片、肺部芯片、心脏芯片、胎盘芯片和人眼芯片等，它们都表现出了与真实的器官一般无二的功能。近期，来自美国哈佛大学和英国牛津大学的科学家们研制了7种人体芯片器官，并将它们连接在了一起，组成了世界上第一个真正意义上的“迷你仿真人类”。这个“迷你人类”由一个个芯片和细胞组成，看上去与真实的人体相去甚远，但它的生理功能和生化过程却与人体基本相同。

造出了“迷你人类”，它有什么作用呢?在各种研究人体功能或药物疗效的实验中，我们最常看到的实验对象就是小白鼠，与人类的基因组相似程度高达99%、饲养成本低、实验见效快等原因让小鼠成为人体实验的最佳替代品。但是，尽管基因只有1%的差异，小鼠与人类还是有很多不同，因此即使实验证明药物或疫苗在小鼠身上有效，我们还是要小心翼翼地招募小部分人再次试验，才能放心地在人群中推广。而如果使用“迷你人类”进行相关实验，则能使实验更加简单高效，也不会出现伦理上的问题。

未来，随着科学技术的进步，这个“迷你人类”还可以用个体的细胞和血液来搭建，让它成为某人专属的试药员，从各种功能相似的药物中为每个人找到最合适的那一种，实现个性化医疗。你期待将这一套“积木”带回家吗?