新的微流控设备可以与干细胞技术的进步相结合，为每个患者量身定制治疗方案，而不是一刀切的医疗方法。
医疗保健传统上专注于一刀切的药物来治疗人群，而不是为个别患者量身定制治疗方法。干细胞技术的最新进展使研究人员能够为个性化医疗创建疾病模型。SEMI采访了imec的博士后研究员Thomas Pauwelyn，讨论了诸如器官芯片设备及其应用等医疗技术创新的趋势。
SEMI:是什么触发了医疗保健从治疗人群的一刀切药物转向量身定制的治疗?是什么进步使研究人员能够创建个性化医疗的模型?
Pauwelyn:这一转变的主要诱因之一是当前医疗体系的低效。美国最畅销的10种药物对25到4名患者中只有1名有效。大多数药物不仅只能帮助一小部分患者，而且它们往往是在以西方人或男性参与者为主的经典临床试验中开发的。
干细胞技术的最新进展使研究人员能够为个别患者创建疾病模型。换句话说，研究人员可以通过干细胞技术，将患者皮肤或血液样本中的细胞重新编程为各种类型的细胞，包括心脏或神经元细胞。这些样本反映了使病人独一无二的特征。
然而，培养皿中的病人模型将细胞暴露在非常人工的环境中。所以这些模型看起来和身体上的模型非常不同。器官芯片系统通过将细胞暴露在生理相关条件下并创建更成熟的模型来解决这些问题。
SEMI:芯片上的器官到底是什么?
Pauwelyn:器官芯片设备是微流控细胞培养芯片，可以彻底改变药物和个性化治疗的发展。这些设备模拟器官和组织的病理生理行为。在这些芯片中，细胞培养物被培养并暴露在更类似的条件下在活的有机体内微环境。不同的器官模型可以通过将不同类型的细胞暴露在工程微环境中来创建。常见的例子有芯片上的心脏、芯片上的肺、芯片上的内脏或芯片上的大脑。
半:多年来，医疗技术取得了惊人的进步。随着新的医疗设备的出现，主要的挑战是什么?
Pauwelyn:满足严格的监管要求是医疗器械面临的主要挑战之一。与个性化医疗相关的技术并不完全适合现有的卫生技术评估和报销流程。
在芯片上的器官设备的情况下，存在与生产、认证和采用相关的挑战。提高标准化也有助于科学家比较和解释他们的发现。目前，各个研究小组从自己的器官芯片系统中获得了不同的结果。这些系统可能由不同的或外来的材料制成，将细胞暴露在不同的微环境中，或依赖于其他细胞模型。通常，由于有限的制造可扩展性，只有少数设备可用于测试。
SEMI: imec是如何克服这些挑战的?
Pauwelyn:imec利用其在芯片设计和技术方面的专业知识，与Micronit Microtechnologies在ECSEL联合承诺(ECSEL2014-2-662155)资助的InForMed项目中密切合作，开发了一种新型的器官芯片平台。该平台的主要要求是，它可以通过微流控自动化降低操作变异性，使用与生产升级兼容的传统材料制造，并产生高质量的细胞活动电记录。另一个基本要求是设备与药物研究标准工作流程的兼容性。用户界面基于传统的96孔板，蠕动泵集成到设备中。
SEMI:基于cmos的微电极阵列是如何工作的，您认为在个性化医疗领域的应用潜力在哪里?
imic开发的基于cmos的微电极阵列是我们的器官芯片系统中的传感器，用于监测细胞培养。该传感器由16384个电极组成，分布在16个独立的微流控井上。它可以检测到单细胞水平的细胞活动，包括细胞内动作电位或来自电活性细胞的细胞外信号或由细胞直接在电极上生长引起的阻抗。
我们相信这项技术在实验室开发微型患者模型方面具有巨大潜力。通过利用干细胞技术将患者细胞重新编程为所需的细胞类型，我们可以开发患者芯片系统。这些系统将能够预测哪种治疗方法最适合特定的患者，或者药物如何影响特定的亚人群。
SEMI:您对慕尼黑SEMICON Europa 2019智能医疗技术论坛有什么期待?
Pauwelyn:SMART医疗技术论坛汇集了研究人员、企业家和未来医疗保健的利益相关者。我期待听到他们的观点，并讨论个性化医疗和医疗技术将如何帮助应对当前的挑战。
SEMI:你能分享一下对医疗科技未来的预测吗?
Pauwelyn:我相信未来的医疗技术将帮助我们为每个病人量身定制治疗方案。医生将有大量可用的工具来预测哪种治疗方法既能带来最高的成功几率，又能将不良反应的几率降至最低。其中一种工具可能是人-病人芯片系统。它将由相互连接的器官芯片模块和患者来源的细胞模型组成。这样，患者对特定治疗的反应就可以预测，而无需让他们接触潜在的有害化合物。
Thomas Pauwelyn博士目前是VLAIO创新授权的博士后研究员，研究策略以确定他的研究结果。Pauwelyn的研究重点是开发用于预测毒理学和药物开发的新型器官芯片系统。他还研究了芯片上的器官设备如何帮助患者分层，并帮助实现个性化医疗。自2008年以来，Pauwelyn一直在比利时鲁汶大学学习。他于2011年获得生物科学工程催化技术学士学位，并于2013年获得纳米科学和纳米技术硕士学位(生物科学工程选项)。他于2018年在鲁汶大学和imec的生命科学技术小组完成了IWT博士奖学金。
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