1700803864
1700803865
1700803866
设计一个全身仿生装置将有可能矫正“器官上的芯片”最显著的局限性之一：器官的孤立
1700803867
1700803868
HumMod并不是该领域唯一的研究成果。获得欧洲委员会部分资助的阿维森纳项目（Avicenna project），旨在构建一个路线图，允许我们将来在“硅片”上完成临床试验，而不需要在真人身上做实验。其他项目中使用真实模型，而不是计算模型。戈登凯恩大学（Gordon A.Cain University）设计了一个人体肝脏器官构造，能够模拟真实的肝脏对有毒化学品的刺激作出的反应。该项目历时5年，耗资1900万美元，由多个机构合作共同开发。该平台旨在基于复制人体网络的先进组织工程分析仪（Advanced Tissue- engineered Human Ectypal Network Analyzer, ATHENA ），来开发相互关联的人体器官构造，它看起来像一个做心肺复苏（cardiopulmonary resuscitation, CPR）的人体模特。
1700803869
1700803870
这让我们既可以测试分子，又不用担心对人体的毒性作用，我们还可以监测成千上万的活细胞生产和消耗的各种不同分子的波动。令人叫绝的是，该项目还计划将其肝脏设备连接到哈佛大学开发的心脏设备上。如果成功，他们希望在2015年增加一个由洛斯阿拉莫斯国家实验室正在开发的肺结构，2016年之前再增加一个UCSF/范德比尔特（Vanderbilt）大学合作设计的肾脏结构，从而逐步建立第一个人的生理模型。
1700803871
1700803872
在芯片上模拟器官
1700803873
1700803874
模拟人体生理学不一定需要建立与活人相同大小的器官，有更容易的模拟方法可循。一种叫“芯片上的器官”的技术（organ-on-a-chip），可以模拟整个器官和器官系统的活动、机理及生理。单个器官芯片由一个计算机存储器棒大小的透明柔性聚合物组成，内部有很多中空的流体通道，这些通道内布满了活的人体细胞。该微芯片的透明特性可以使我们一窥人体器官的内部运作。人们已经利用了该微流体设备来模拟包括心脏、肺、肾、动脉、骨、软骨和皮肤在内的众多器官。制药公司还可以利用这些芯片来衡量一个器官对另一个器官的直接影响。然而，随着设计的扩大，该系统将变得越来越复杂，这样的难题也会越来越多。
1700803875
1700803876
韦斯研究所（Wyss Institute）及其合作团队试图将10个不同的器官芯片连接起来，以模拟整个人体的生理机能。该仪器在控制流体流动和细胞活力的同时，允许进行实时观察培养组织，并进行复杂的生化功能分析。该仪器被称为“人体芯片”（human-on-a-chip）。它可以被用来评估新的候选药物，并提供其安全性和有效性等重要信息。2014年，韦斯研究所设计了一款“骨髓芯片”，重现了这一复杂的人体器官的结构、功能，甚至蜂窝化细胞组成。研究人员可以利用该工具来研究新药的影响和毒性。此外，它可以用来暂时保存癌症患者的骨髓，这些患者的骨髓组织在接受放射或化疗中通常会遭到破坏。
1700803877
1700803878
这个新的“骨髓芯片”的革命性的特性之一，就是它实际上可以产生人造循环系统的血细胞，为网络上的其他芯片器官提供营养。 FDA和DARPA都为这些研究提供过资金支持。最终，这样的设备可以替代新药物和环境毒素的动物试验，并能够准确模拟人类疾病。
1700803879
1700803880
来自佐治亚理工学院的另一个例子是模仿血液流经狭窄的冠状动脉，以评估诸如阿司匹林一类抗凝血药物的效果。其中一项研究得出的结论是，虽然阿司匹林能防止危险血块在一些危险的血栓患者中形成，但对那些只是动脉变窄的患者未必有效。由于医生有很多药物可供选择，这种台式诊断设备在帮助防止心梗而挽救生命的同时，也降低了医疗费用。
1700803881
1700803882
2014年，人类第一次在实验室复制了有特定遗传疾病的患者的个人组织。哈佛大学的科学家与韦斯研究所和其他机构合作，从巴特综合征（Barth syndrome）患者身上获得了皮肤细胞，这是一种罕见的心脏疾病，没有有效的治疗方法。通过使用载有人体细胞间基质蛋白芯片模仿自然环境，他们将皮肤细胞转化为带有同样突变的干细胞。像巴特综合征患者的心脏组织一样，这些干细胞诱导产生的心脏组织只能产生微弱的心脏收缩。他们得出的结论是，我们无法真正了解一个单细胞的基因突变的意义，直到有了一大块器官组织后，我们才有可能看到它是如何发挥作用或产生故障的。
1700803883
1700803884
微工程细胞培养系统模拟器官生理学，可用于开发与病人相关的疾病模型，它不仅能更好地预测药物的疗效和毒性，同时也能帮助我们更好地了解药物作用的机制。我们还可能会发现给药新途径；分析不同遗传背景的人群；确定各种化合物的药物动力学性质；甚至利用微工程模型来进行临床试验。
1700803885
1700803886
2014年，Insigneo学院创建了一个针对个性化医疗的人体生理的全电脑模拟模型。该“虚拟生理人”（The Virtual Physiological Human）通过模拟真实病人治疗的效果，来解决临床试验和动物试验中遇到的问题。他们正在进行的研究可能是未来医疗保健的关键。如果没有硅片医学，医学机构将无法应对未来的需求。“虚拟生理人”将是一个基于软件的实验和治疗的实验室，它可以在节省时间和金钱的同时，找到更加理想的治疗效果。如果一个病人的所有数据都被添加到该模型中，它可以对该患者的当前健康状态和未来健康结果进行预测，从而迎来真正的个性化医学的时代。该团队还致力于用VIRTU心脏来评估冠状动脉疾病，用一个神经肌肉模型来预测治疗帕金森病，用MySpine模型来研究神经变性问题，用Mission-T2D 模型来预测患者Ⅱ型糖尿病的风险。
1700803887
1700803888
1700803889
1700803890
1700803891
可在人体生理模型模拟的器官特异性功能
1700803892
1700803893
这些例子表明，也许在近几年硅片人类不会出现，但在不远的未来，该技术一定会产生。我们在有生之年可能没有机会看到我们自己的模拟模型，来预测我们可能会得的疾病，但如果我们现在就有这些模型的话，我们就能够阻止有毒药物和化合物的人体实验，在实验早期停止使用动物，并能够在症状发作前预测治疗结果和疾病发展。所有这一切都将带来医疗保健的革命，使成本降低，并利用计算机模型来拯救生命。
1700803894
1700803895
适应性：2分。
1700803896
1700803897
关注人群：研究人员。
1700803898
1700803899
网站及其他在线资源：The Wyss Institute、Hummod、Avicenna。
1700803900
1700803901
相关公司和初创企业：虚拟生理（Virtual Physiology）。
1700803902
1700803903
延伸阅读书籍：《虚拟人类手册》（Handbook of Virtual Humans），作者：纳迪亚·麦格耐特-塔尔曼（Nadia Magnenat Thalmann）。
1700803904
1700803905
推荐电影：
1700803906
1700803907
1.《虚拟偶像》（SlmOne，2002年拍摄）；
1700803908
1700803909
2.《国会》（The Congress，2013年拍摄）。
1700803910
1700803911
1700803912
1700803913