體外組織模型的構建需要最大程度地模擬組織在體內相應的微環境。這些微環境不僅包括溫度、pH、營養物質等，還包括各種各樣的物理機械刺激。例如肺部組織始終處於收縮-舒張的機械刺激下，消化道胃腸組織始終處於節律性的蠕動環境中。器官晶片的出現為體外模型模擬物理機械刺激提供了很好的技術，如腸晶片和肺晶片的構建都離不開週期性的機械刺激。這些機械刺激使得組織模型更接近體內組織，從而能提供更可靠的組織器官模型。
類器官在體外模型中扮演重要角色。胃腸腫瘤類器官由於在基質膠中隨機分佈，且多為幾百微米的球狀，很難高通量地施加均一化的機械刺激，來模擬胃腸部位的節律性蠕動。
圖1. 微流控晶片實物圖。圖片來源: Biofabrication
澳大利亞悉尼科技大學呂宏旭博士和金大勇教授團隊創新性地開發出一款微流控晶片，可以實現人結腸腫瘤類器官的規模化蠕動培養。圖1為晶片實物圖。該晶片包含200個依次連線的橫向微孔陣列，每個微孔旁包圍有氣道。在播種人結腸腫瘤細胞後，經過幾天培育，每個孔中會長成1~2個結腸腫瘤類器官。微孔周圍的氣道內部氣壓可以調節，帶動微孔形變，從而實現孔內類器官的週期性收縮與舒張，模擬腸道的蠕動（原理如圖2所示）。類器官在每個孔中單獨生長，且單獨地施加力學刺激，因此可以實現均一的養料供給與力學刺激。圖3為一顆尺寸在130微米左右的結腸腫瘤類器官在不同壓強下節律性蠕動。
圖2. 高通量人結腸腫瘤類器官蠕動化培養的原理示意圖。圖片來源: Biofabrication
圖3. 人結腸腫瘤類器官在不同壓強下的節律性蠕動。圖片來源: Biofabrication
研究發現，在蠕動環境中長成的人結腸腫瘤類器官具有更均勻的尺寸分佈，且Ki67和Lgr5的表達含量上升。研究者用該模型對載有玫瑰樹鹼的奈米膠束進行評測，發現蠕動環境下長成的人結腸腫瘤類器官對該奈米膠束的攝入量顯著降低。
本研究為消化道類器官的規模化動態培養提供了一種新的策略，可以為藥物篩選提供更加可靠的類器官模型。
