2012年美国国立卫生研究中心（NIH）、美国食品和药物管理局（FDA）和美国国防部高级研究计划局（DARPA）联合发起“organs-on-chips”（人体器官芯片）的研发工作，计划投入7500万美元。参与研发的团队有哥伦比亚大学、康奈尔大学、杜克大学、哈佛大学、霍普金斯大学、麻省理工大学、威斯康星大学、加州大学、华盛顿大学、范德堡大学、德克萨斯大学、匹兹堡大学、宾夕法尼亚大学等十余所美国高校。

在新药的临床前实验中，使用小白鼠模型能够了解新药对整体的影响，但不能很好的反应新药对人体的影响；使用体外培养的人体细胞，能够了解新药对人体的影响，却又缺乏整体的把握。因此，早在10多年前，康奈尔大学的Mike Shuler首次提出了，用人体不同器官的细胞在芯片上构建人体组织，模拟人体环境的设想。

以Wyss研究所开发的肺芯片，详解芯片的基本结构。Wyss研究所使用了制作计算机芯片的技术，将活的人体器官细胞植入到芯片上，同时芯片可以模拟细胞在人体内的环境。在芯片的槽道中有三个并列的流体通道，两边的通道是真空通道，中间的通道是植入细胞的通道。在中间通道的正中间有一层有透性的生物膜，薄膜上布满小孔。在薄膜的上面铺满一层肺细胞，薄膜的另一面铺满血管细胞。因此，薄膜上面可以流通空气，下面可以流通血液。另外，两侧的真空通道可以收缩，同时带动中间的通道一同收缩，于是肺细胞也跟着收缩，这就模拟了人体肺泡在呼吸过程中的收缩生理过程。

人体芯片的工作原理：要模拟肺部感染，首先在铺有肺细胞的上层通道释放病原菌；然后在下层通道里加入人体白细胞。当白细胞感觉到病原菌侵入时，它们会从血液中进入肺部，吞噬病原菌。如果要整个免疫过程是可视化的，可以对白细胞进行标记，然后就可以在显微镜下看到白细胞在血道中穿梭，穿过薄膜上的小孔，吞噬侵染肺细胞的病原菌（被绿色标记）。如此一来，整个研究过程就变得可视化了。

当然，上面所描述的人体免疫过程只是其中一方面的应用。Wyss研究所的科学家们已经开发出了多款器官芯片。并期望通过这项技术可以深入的了解药品、化学物质、食物甚至是化妆品对人体的影响。除了肺之外，他们已经开发出了肠、肝、肾的芯片，以及皮肤、眼睛和血脑屏障系统。目前，模拟人体芯片的用途广泛。例如：了解新药靶标的生物机制，为疾病的研究提供新的视角，预测新药的有效性和安全性，探索物种的差异性和意外的临床表现，减少、精细化以及取代动物试验，临床诊断的发展，个性化医疗的应用等。

目前Emulate公司的研究团队正在研发一项大胆的人体研究计划。他们要为个人定制器官芯片。这一项研究极有可能彻底改变我们了解自己身体的方式。最终的芯片应该是这样的，把所有的人体器官都集成到一张芯片上，这样就可以全面了解新药对人体重要器官的影响。