“未來(lái)，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。”中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院院長(zhǎng)裴端卿對(duì)人體器官芯片這一全新領(lǐng)域掩飾不住自己的熱情，他告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者表示，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應(yīng)該被人們所認(rèn)知了。

取得突破性進(jìn)展

  研發(fā)一種新藥，首先要通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，之后進(jìn)入臨床試驗(yàn)，被證明是安全、有效后，才可批準(zhǔn)上市。但畢竟動(dòng)物不是人類(lèi)本身，其對(duì)藥物的反應(yīng)與人體對(duì)藥物的反應(yīng)還是有差異的，這也造成了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)在藥物篩選上的缺陷。

  為了解決這一缺陷，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。作為一種具有功能化的縮微組織器官類(lèi)型，器官芯片專(zhuān)門(mén)用于藥效評(píng)價(jià)等方面的研究。

  裴端卿指出，在我國(guó)這種技術(shù)尚處探索階段，但是非常值得肯定的。“因?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。”

  在大化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)，構(gòu)建除了動(dòng)態(tài)三維血腦屏障模型，由于其具有近生理環(huán)境的結(jié)構(gòu)功能特性，可模擬體內(nèi)腦生理病理微環(huán)境，為開(kāi)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。

  與此同時(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(guó)外研究者已經(jīng)成功制造出了“肺芯片”“心臟芯片”“腸芯片”等。

爭(zhēng)論尚存

  誠(chéng)然，這種人體器官的微縮模型，讓人們通過(guò)前所未有的方式見(jiàn)證了生物機(jī)制和行為，但并非毫無(wú)爭(zhēng)議。

  在中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員黃勛看來(lái)，目前研究所并沒(méi)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(wú)法取代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

  而中科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所研究員廖侃認(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(guò)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(guān)察到細(xì)胞的變化，快速明確目標(biāo)器官。”所以，廖侃認(rèn)為通過(guò)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。“此外，許多化合物都很難獲得，用器官芯片可以降低試劑的用量。”

  即使好處明顯，裴端卿也不諱言，如果器官芯片有缺陷，例如均一性差，可能導(dǎo)致研究人員的數(shù)據(jù)分析困難。

  “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(lái)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王宇看來(lái)，雖然人類(lèi)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。但他也強(qiáng)調(diào)，由于器官芯片有體外的局限性，和動(dòng)物模型不是替代關(guān)系，而是一種互補(bǔ)關(guān)系。

類(lèi)器官已先行

  目前，囿于器官芯片需要微流控等技術(shù)的跟進(jìn)和發(fā)展，所以在我國(guó)要實(shí)現(xiàn)完全普及還有很長(zhǎng)的路要走。而類(lèi)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(lèi)似的。

  如今，像中科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所早已開(kāi)始了類(lèi)器官的研究，據(jù)研究所“類(lèi)器官模型與腫瘤的靶向治療”研究組組長(zhǎng)高棟介紹，類(lèi)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(lèi)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)。”高棟介紹，類(lèi)器官能夠形成與人體類(lèi)似的組織形式。“我們要盡可能維持其人體內(nèi)的特征。類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)器官，通過(guò)試藥，發(fā)現(xiàn)各種敏感的藥，用以指導(dǎo)醫(yī)生。”高棟介紹，個(gè)性化治療是類(lèi)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(guó)癌癥病人的類(lèi)器官庫(kù)，針對(duì)中國(guó)人進(jìn)行藥物篩選和個(gè)性化醫(yī)療。“這個(gè)龐大的資源庫(kù)，在藥物測(cè)試時(shí)作為平臺(tái)，讓醫(yī)生去篩選，化學(xué)家也能基于此發(fā)明一些小分子。”

  在高棟看來(lái)，這種能指導(dǎo)醫(yī)生用藥，并進(jìn)行分類(lèi)和測(cè)序的資源庫(kù)，今后醫(yī)生只需通過(guò)測(cè)序，就知道病人該用什么藥了。