古有传说，神农氏遍尝百草，以身试毒，终因断肠草而离世。今有大名鼎鼎的Barry Marshall一口气喝下一试管的幽门螺旋杆菌，差点因此丧命。小编好奇，幽门螺杆菌那玩意喝起来到底是什么味儿的？

2005年诺贝尔生理学或医学奖授予Barry J．Marshall和J．Robin Warren），以表彰他们“发现了幽门螺杆菌以及该细菌对消化性溃疡病的致病机理”

但是幸运的是，Barry Marshall也因为研究幽门螺旋杆菌的贡献，而获得了2005年的诺贝尔生理医学奖。

中国有句俗话：“舍得一身剐，敢把皇帝拉下马”，但是在生物制药领域还有这么一句话“舍得一身剐，喝毒试药连眼睛都不眨”，当然现在并不存在“以身试药”的现象了，严格来说，应该是不存在人类“以身试药”的现象了。因为有小白鼠来“顶包”啊！

但是小白鼠并不能替人类把好试药的大门。据统计，能够顺利通过三期临床试验的药物仅有10％，这也就意味着90％的新药都玩完了。小编也只能表示心疼了！（新药研发，10年长跑，高达10亿美元打水漂）

那么问题究竟出在哪？究其原因，我们目前还是缺乏有效的工具来测试新药是否可用，是否有疗效，在开展人体临床试验之前是否安全。这些工具能不能预测药物将对人体产生何种作用。也许，你和新药研发只差一个合适的研究模型。

Human－on－a－chip

2012年，美国总统奥巴马发话了，宣布启动由NIH、FDA和国防部联合设立的人体芯片（Human－on－chip）项目，很快就在全世界范围内掀起了人体芯片的研究热潮。

所谓人体芯片，就目前的研究水平而言，更确切地说是芯片仿真人体器官系统（Organ on a chip systems），也称为器官芯片（Organs on chips）。是一种利用微加工技术，在微流控芯片上制造出能够模拟人类器官的主要功能的仿生系统。

听听就厉害了！而在哈佛大学维斯研究所（Wyss Institute），Donald Ingber博士已经这样做了。近日，《Nature Biomedical Engineering》杂志报道称，哈佛团队携器官芯片再次炫酷来袭，干细胞模拟肾脏过滤。

该视频显示了在一个通道（显示在顶部）上生长和分化的人类干细胞衍生的成熟足细胞（绿色）的肾小球的三维渲染，并且通过建模的肾小球基底在平行运行通道（显示在底部）上的膜朝向肾小球血管细胞（品红色）（来源于Wyss Institute at Harvard University）

众所周知，肾脏作为保留营养物质，排出毒素的作用形象地被称作“血筛子”。从而能够维持人体的正常生理活动。此外，肾脏还能把进入体内的一些有毒物质排出体外。有些化学药品中毒会给肾脏造成损害，就是因为这些化学药品的排除要经过肾脏的缘故。如果肾脏有了病，这些对人体有害物质的排泄受到影响，废物在体内积聚，就会引起各种病症。肾脏由大约一百万个小单位组成，而这些单位中的每一个的关键是已知的“肾小球”的结构，其中所谓的足细胞紧紧的包裹住自己的一簇毛细血管，仅由细胞外基质组成的薄膜，并在它们之间留下缝隙来构建一个实际的过滤屏障。

足细胞又称为肾小球上皮细胞，其足突为肾小球滤过屏障的重要组成部分，也是许多先天性或获得性肾脏疾病的靶标，它们常常受到药物的伤害。

为了建立能够更深入地探测其功能的人类肾小球的体外模型，以及其对疾病和药物毒副作用的研究，科研人员一直在试图诱导人类干细胞使其能够分化成功能性足细胞。然而，迄今为止，这些细胞培养的努力仍未能产生足以模拟肾小球滤过作用的足够数量的足细胞群。

扫描电镜照片：a human stem cell－derived matured podocytewith multiple primary and secondary processes extending in all directions onextracellular matrix－coated material． 来源于哈佛大学Wyss研究所（Wyss Institute at Harvard University）

哈佛大学的Wyss仿生工程研究所的Donald Ingber博士领导的团队对此提供了一个解决方案。相关研究结果发表在《Nature Biomedical Engineering》杂志上，它能够将人诱导多能干细胞（iPS）分化成成熟的足细胞，并且效率超过90％。将其分化进程与研究团队开发的器官芯片（organ－on－a－chip）技术相结合，从而研究人员设计出了人类肾小球的第一个体外模型，并且展示出有效的和有选择性的血蛋白和足细胞毒性的体外化疗药物诱导的过滤。

Ingber说：“功能性肾小球芯片的开发开辟了一条全新的实验路径，我们可以通过它来进行肾脏生物学的深入研究，进行肾脏疾病和药物毒性的高度个性化建模，同时我们开发的ips分化成肾脏足细胞的技术甚至可以提供与致命性肾小球疾病的患者在未来再生医学的一个新的细胞治疗方法。

其实在此之前，Donald Ingber博士的团队已经设计出了多个器官芯片，能够准确模拟人体组织和器官水平生理学。早在2013年，Ingber所带领的团队就开发了一种organ on a chip微流体培养装置，其模拟人肾近端小管。现在，随着团队新设计的人体肾小球芯片，除了研究人类足细胞外，研究人员还可以在体外获得肾脏的核心过滤机制，这对于药物清除和药代动力学是至关重要的。

为了在细胞培养物中产生完全纯净的人类足细胞群，该研究的第一作者和Samira Musah博士（Samira Musah博士是HMS Dean的博士后研究员，和Wyss研究所Ingber是合作关系）利用了干细胞生物学家的兵工厂，将它们与Ingber过去研究中的片段相结合，以了解身体中的细胞如何对组织环境中的粘附因子和物理力量产生反应。

完整的微流体系统非常类似于人类肾小球壁的活体、三维截面。它由光学透明的，柔性的聚合物材料组成，其计算机存储芯片的尺寸在其中两个紧密相对的微通道被对应于肾小球多孔基底膜，细胞外基质涂覆的膜隔开。在其中一个面向膜的通道中，研究人员培养肾小球内皮细胞模拟肾小球的血微血管腔。 iPS细胞在代表肾小球urinary compartment的另一个通道的相对侧上进行培养，在那里它们被诱导形成一层成熟的足细胞，其延伸长的细胞过程通过膜中的孔并接触底层内皮细胞。此外，通过对放置在细胞排列的微通道的任一侧上的中空腔施加循环抽吸以模拟肾小球壁的生理变形，装置的通道以心跳的速率被有节奏地拉伸和松弛。

Musah博士表示：“这种体外系统允许我们有效地将血液中所含的小物质过滤到urinary compartment中，同时在我们的身体中保留血液中的大量蛋白质，我们可以可视化监测药物引起的肾脏滤过屏障损伤。

毫无疑问的，器官芯片是一项创举，并将改变新药研发的游戏规则，那么器官芯片技术能否解决问题呢？或者说在前面的实验中能将药物的性能把握得更全面，从而真正做到跳过人体试验？