“未來，人體器官芯片或許能夠取代我們的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，成為一種頗具前景的研究手段?！痹诮邮堋吨袊茖W(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)，中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院院長(zhǎng)裴端卿掩飾不住對(duì)人體器官芯片這一全新領(lǐng)域的熱情。
他表示，隨著日前中科院大連化物所微流控芯片研究組利用器官芯片技術(shù)成功構(gòu)建出動(dòng)態(tài)三維高通量血腦屏障模型，人體器官芯片的概念已走入人們的視野。
用器官芯片評(píng)價(jià)藥效
研發(fā)一種新藥首先要通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，之后進(jìn)入臨床試驗(yàn)，被證明安全有效后才可批準(zhǔn)上市。但動(dòng)物對(duì)藥物的反應(yīng)與人體對(duì)藥物的反應(yīng)存在差異，這造成了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)在藥物篩選上的缺陷。
為此，一種結(jié)合電子技術(shù)與生物科學(xué)技術(shù)的器官芯片走進(jìn)了生物醫(yī)藥領(lǐng)域。這種含有人體活體細(xì)胞的生物芯片，是微流控技術(shù)、細(xì)胞生物學(xué)、生物材料與干細(xì)胞技術(shù)的結(jié)合體。作為一種功能化的縮微組織器官類型，器官芯片專門用于藥效評(píng)價(jià)等方面的研究。
裴端卿指出，在我國，這種技術(shù)尚處于探索階段，但非常值得肯定?！耙?yàn)樵谌梭w對(duì)藥物反應(yīng)的評(píng)價(jià)上，與動(dòng)物模型相比，其所提供的數(shù)據(jù)更加接近于人體本身?！?/p>
在大連化物所利用器官芯片技術(shù)仿生構(gòu)建動(dòng)態(tài)三維血腦屏障模型的最新進(jìn)展中，研究者利用器官芯片技術(shù)的多維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與功能集成特點(diǎn)，除了構(gòu)建動(dòng)態(tài)三維血腦屏障模型之外，由于其具有近生理環(huán)境的結(jié)構(gòu)功能特性，還可模擬體內(nèi)腦生理病理微環(huán)境，為開展腦腫瘤藥物篩選提供了一種新方法，彌補(bǔ)了現(xiàn)有二維細(xì)胞及動(dòng)物模型與人體偏差較大的不足。
同時(shí)，作為2016達(dá)沃斯論壇評(píng)選的“十大新興技術(shù)”之一，迄今國外研究者已成功制造出了“肺芯片”“心臟芯片”“腸芯片”等。
前景廣闊 爭(zhēng)論尚存
中科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)所研究員廖侃認(rèn)為，一種藥物最終能夠被證明是安全、有效的，往往要經(jīng)歷十分漫長(zhǎng)的過程。在日常實(shí)驗(yàn)中，用不同器官組織組成的器官芯片，可以加快實(shí)驗(yàn)速度。
“如果在動(dòng)物體內(nèi)進(jìn)行研究，通常需要等待動(dòng)物出現(xiàn)癥狀。而用器官芯片可以讓我們較快觀察到細(xì)胞的變化，快速明確目標(biāo)器官?！彼裕钨┱J(rèn)為通過器官芯片再進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)更有針對(duì)性，從而降低動(dòng)物使用量，使動(dòng)物實(shí)驗(yàn)更有的放矢?！按送猓S多化合物都很難獲得，用器官芯片可以降低試劑的用量?！?/p>
“器官芯片能準(zhǔn)確反映人體生物學(xué)的局限，在生物醫(yī)藥研發(fā)中已經(jīng)看到了越來越普及的應(yīng)用。”在中科院動(dòng)物所干細(xì)胞與生殖生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王宇看來，雖然人類離再造整個(gè)器官還很遙遠(yuǎn)，但器官芯片毋庸置疑擁有十分廣闊的前景。
不過，雖然這種人體器官的微縮模型，讓人們通過前所未有的方式見證了生物機(jī)制和行為，但它并非毫無爭(zhēng)議。
在中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)所研究員黃勛看來，目前研究機(jī)構(gòu)并沒有進(jìn)行任何人體器官芯片方面的應(yīng)用。他認(rèn)為這是由于器官芯片只收集了人體的局部器官，并非人體本身，所以還無法取代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。
裴端卿也不諱言，如果器官芯片有缺陷，例如均一性差，也可能導(dǎo)致研究人員的數(shù)據(jù)分析困難。
類器官已先行
目前，局限于器官芯片需要微流控等技術(shù)的跟進(jìn)和發(fā)展，在我國要實(shí)現(xiàn)普及還有很長(zhǎng)的路要走。而類器官作為一種微器官，雖比器官芯片稍大，但作用和功能卻是類似的。
如今，類似中科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所等機(jī)構(gòu)早已開始了類器官的研究，據(jù)該所“類器官模型與腫瘤的靶向治療”研究組組長(zhǎng)高棟介紹，類器官就是在體外重建一個(gè)器官，如人腦的結(jié)構(gòu)、腎結(jié)構(gòu)等。
“我們從事的是培養(yǎng)類似腫瘤的細(xì)胞。從人體內(nèi)取出一個(gè)腫瘤細(xì)胞，在體外構(gòu)建一個(gè)三維模型，有三維的結(jié)構(gòu)?！备邨澖榻B，類器官能夠形成與人體類似的組織形式。“我們要盡可能維持其人體內(nèi)的特征。類器官的功能比傳統(tǒng)二維細(xì)胞器強(qiáng)大很多，是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的有力補(bǔ)充。”
據(jù)介紹，由于類器官仍然是在人造的培養(yǎng)皿環(huán)境中發(fā)育，所以只能最大程度地維持和體內(nèi)類似的情況，缺陷是其目前還不能完全模擬包括激素以及代謝等影響人體器官功能的因素。
“現(xiàn)在非常強(qiáng)調(diào)精準(zhǔn)治療，每個(gè)腫瘤病人病情都不同。如何精準(zhǔn)？就要把腫瘤取出，培養(yǎng)成類器官，通過試藥，發(fā)現(xiàn)各種敏感的藥，用以指導(dǎo)醫(yī)生?！备邨澖榻B，個(gè)性化治療是類器官的一大優(yōu)勢(shì)。藥物測(cè)試首先要有模型基礎(chǔ)。高棟認(rèn)為目前核心的也是戰(zhàn)略性的是建立起源于中國癌癥病人的類器官庫，針對(duì)中國人進(jìn)行藥物篩選和個(gè)性化醫(yī)療。