我國首個器官芯片國家規(guī)范上月出臺，記者采訪“人體器官芯片之父”
文/圖 羊城晚報(bào)全媒體記者 王丹陽
一個U盤巨細(xì)、通明有彈性的塑料盒，內(nèi)中一紅一藍(lán)兩根細(xì)電線交錯成雙Y結(jié)構(gòu)，這般看似玩具的小東西，實(shí)際上卻是人體器官運(yùn)轉(zhuǎn)的“數(shù)字化孿生”。這正是當(dāng)下世界生物醫(yī)學(xué)范疇技能前沿焦點(diǎn)之一——人體器官芯片。
一個月前，我國首個器官芯片范疇的國家規(guī)范《皮膚芯片通用技能要求》正式出臺。
也是在一個月前，人體器官芯片創(chuàng)造者、哈佛大學(xué)生物啟示工程懷斯研討所所長唐納德·英格伯（Donald E. Ingber）來到我國，在一場科學(xué)大會現(xiàn)場，向以青少年為主的觀眾展現(xiàn)了上述長在芯片上的“器官”。
人體器官芯片面世已十余年，2016年就被世界經(jīng)濟(jì)論壇評為十大新式技能之一。它終究是什么，怎么運(yùn)轉(zhuǎn)？近年來技能有何打破開展？科研轉(zhuǎn)化落地以及在我國商場運(yùn)用進(jìn)程怎么？就這些問題，羊城晚報(bào)記者日前采訪了“人體器官芯片之父”英格伯。
器官“替身”試藥的推翻含義
“這個設(shè)備是什么？A.可植入動物體內(nèi)用來丈量藥物毒性的設(shè)備；B.運(yùn)用人工智能猜測藥物作用的計(jì)算機(jī)芯片；C.鋪著人類患者活體細(xì)胞，可模仿人體器官功用，用于藥物開發(fā)的設(shè)備……”
上月，在成都科學(xué)（科幻）館舉辦的騰訊科學(xué)WE大會現(xiàn)場，滿頭銀發(fā)卻生機(jī)滿滿的英格伯在講演中，從口袋掏出一個小小的塑料盒子，引來了全場重視。
他把這個塑料小盒拿到臺下，讓現(xiàn)場學(xué)生觀眾逐一摸摸看，一個接一個傳遞調(diào)查再說出答案。
“選C的人十分聰明，這便是器官芯片?！庇⒏癫榻B。他和團(tuán)隊(duì)于2010年在Science雜志宣布了世界上首個成功的人體器官芯片模型——一個模仿肺泡，也便是肺部氣囊的器官芯片。經(jīng)過這個芯片，可實(shí)時模仿人類肺部的結(jié)構(gòu)以及作業(yè)機(jī)制：吸氣肺部舒張，血液從吸入的空氣中提取身體所需的氧氣；呼氣肺部揉捏，排出二氧化碳。這整個進(jìn)程都能夠在一塊小小芯片中完好復(fù)原。
英格伯談道，世界生物醫(yī)藥界面對的一大難題是傳統(tǒng)藥物開發(fā)形式的失效。全球制藥公司每年在新藥研制上的投入達(dá)千億美元等級，但這些新研藥物進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)階段后，逾七成以失利告終，在比如腦部疾病等范疇，失利率乃至高達(dá)95%以上。
有沒有更好的辦法，讓研制變得更快、更省錢、更精準(zhǔn)？
近15年里，英格伯盡力用這個小小的“盒子”完成這一方針。
十多年前，當(dāng)他初次提出這個主意時，他曾料想有一天能夠構(gòu)建出全體系人體器官芯片——將一種口服藥物參加腸道芯片，調(diào)查它怎么被吸收；接著將其傳遞到腎臟芯片，研討藥物怎么被分泌；然后再傳遞到肝臟芯片，剖析藥物的代謝進(jìn)程；乃至能夠進(jìn)一步討論，這種藥物是否會對骨髓發(fā)生毒性，對肺部的癌癥有何影響……
歷經(jīng)多年攻關(guān)，他和團(tuán)隊(duì)已研制出肝臟、腸道、腎臟和骨髓等8種不同的器官芯片，經(jīng)過液體銜接的辦法完成其功用聯(lián)通，并可保持一個月的活性。一個更簡化的版別——銜接3個器官芯片的人體芯片體系應(yīng)運(yùn)而生。
作為具有推翻性含義的前沿技能，人體器官芯片能夠怎么下降藥物研制本錢、進(jìn)步研制功率？
英格伯以肝臟芯片舉例道，研討結(jié)果顯現(xiàn)，在猜測藥物誘導(dǎo)的肝損害反響方面，肝臟芯片的準(zhǔn)確性比動物試驗(yàn)高出7-8倍；在經(jīng)濟(jì)效益上，肝臟芯片每年可為制藥職業(yè)節(jié)省20億-30億美元投入，防止在臨床試驗(yàn)晚期因發(fā)現(xiàn)藥物誘導(dǎo)肝損害而形成的巨大損失。
人體器官芯片之裨益，不只在于經(jīng)濟(jì)上，還在于道德上。
英格伯表明，一家生物技能公司已在內(nèi)部運(yùn)用這些芯片來代替非人靈長類動物試驗(yàn)。此舉在改變昂揚(yáng)本錢的一起，也規(guī)避了長期存在的道德爭議。這家公司經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，測驗(yàn)相同數(shù)量的藥物，曩昔運(yùn)用非人靈長類動物試驗(yàn)，需求五年時刻和520萬美元；而現(xiàn)在運(yùn)用肝臟芯片，只需18個月時刻，本錢不到本來的1/10。
4個院士頭銜的跨界大牛
作為“學(xué)界大?！钡挠⒏癫瑐€人經(jīng)歷可謂“跨界”。進(jìn)入哈佛大學(xué)前，他在耶魯大學(xué)拿下自己人生的5個學(xué)位：學(xué)士、工程碩士、哲學(xué)碩士、醫(yī)學(xué)博士、生物學(xué)博士。而在執(zhí)教哈佛的40年里，他在科學(xué)、工程、醫(yī)學(xué)、藝術(shù)范疇均取得院士頭銜：美國國家醫(yī)學(xué)院院士、美國國家工程院院士、美國國家創(chuàng)造家科學(xué)院院士、美國藝術(shù)與科學(xué)院院士。
一起，英格伯也是企業(yè)家和創(chuàng)業(yè)者，他迄今創(chuàng)立了8家公司，是科研成果的“轉(zhuǎn)化王者”。其間，由他作為創(chuàng)立者之一、專心于研制器官芯片的公司，曾與美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）簽署協(xié)作研討與開發(fā)協(xié)議，推動和驗(yàn)證其人體仿真體系。這家公司至今已至少籌募2.25億美元資金。
實(shí)際上，人體器官芯片的創(chuàng)造要從哈佛大學(xué)歷史上從前最大的一筆個人捐款說起。
2009年，哈佛大學(xué)校友、瑞典籍億萬富豪、醫(yī)療器械制造商漢斯約格·懷斯向哈佛捐獻(xiàn)了其時最大的一筆個人慈悲捐獻(xiàn)——1.25億美元，轟動一時。這筆捐款只需一個方向：用于哈佛大學(xué)生物啟示工程懷斯研討所。
爾后，2013年、2019年，懷斯又分別向哈佛捐獻(xiàn)了1.25億、1.31億美元用于推動懷斯研討所的跨學(xué)科研討。
英格伯介紹，懷斯捐獻(xiàn)要求只需一個：直面高風(fēng)險應(yīng)戰(zhàn)，尋求能帶來深遠(yuǎn)影響的打破。
“展望未來30年，雖然許多人以為咱們對天然的了解仍舊十分有限，但實(shí)際上咱們現(xiàn)已提醒了許多關(guān)于天然怎么從納米規(guī)范開端建構(gòu)、調(diào)控和制造的奧妙。咱們深入意識到，當(dāng)下正是一個要害的轉(zhuǎn)折點(diǎn)——咱們能夠推翻傳統(tǒng)的形式，運(yùn)用生物學(xué)的原理去創(chuàng)始全新的工程立異?！庇⒏癫f，人體器官芯片規(guī)劃的初衷便是將人類器官的雜亂結(jié)構(gòu)簡化，從天然中羅致創(chuàng)意來進(jìn)行工程規(guī)劃。
“咱們并不是要在試驗(yàn)室里重建一個完好的器官。我更喜愛把這些芯片比作一個器官首要功用單位的活體三維切片或截面?！庇⒏癫贿呎f，一邊經(jīng)過顯微鏡展現(xiàn)“塑料小盒”的作業(yè)原理。在他看來，天然從來沒有把生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)或藝術(shù)劃分紅各自獨(dú)立的學(xué)科，因而，完成真實(shí)的立異、處理重大問題的要害，一直在于打破，要勇于直面那些看似無法企及的應(yīng)戰(zhàn)。
全球競逐的商場藍(lán)海
人體器官芯片已成為世界生物醫(yī)學(xué)范疇一大技能前沿焦點(diǎn)。在我國，相關(guān)工業(yè)開展?fàn)顩r怎樣？
就在11月初，我國首個器官芯片范疇的國家規(guī)范《皮膚芯片通用技能要求》正式發(fā)布。皮膚芯片是人體器官芯片的一種。該規(guī)范首要規(guī)則了皮膚芯片的相關(guān)術(shù)語界說，皮膚芯片的生物功能等技能要求，適用于以微流控芯片為載體的皮膚芯片產(chǎn)品的規(guī)劃、出產(chǎn)和檢測。
而在一年多前，全球首個人體器官芯片醫(yī)藥大模型由華為云推出。據(jù)官方材料介紹，該大模型結(jié)合器官芯片濕試驗(yàn)，可助力藥物研制全流程。團(tuán)隊(duì)針對上萬個非肺癌藥物進(jìn)行挑選，找到新習(xí)慣證藥物并開端專利請求及研制；針對50歲以上患者來歷器官芯片印象組學(xué)和基因組學(xué)剖析，找到全新的結(jié)腸癌預(yù)后不良的形態(tài)學(xué)標(biāo)志物。
再追溯到三年多前，早在2021年1月，我國科技部就將“根據(jù)類器官的惡性腫瘤疾病模型”列為“十四五”國家要點(diǎn)研制方案中第一批發(fā)動的要點(diǎn)專項(xiàng)使命。
作為我國首個器官芯片范疇國家規(guī)范的擬定牽頭人之一，東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院院長、數(shù)字醫(yī)學(xué)工程全國要點(diǎn)試驗(yàn)室主任顧忠澤此前承受媒體采訪時表明，現(xiàn)在國內(nèi)器官芯片研制發(fā)展與美國、歐洲相關(guān)團(tuán)隊(duì)齊頭并進(jìn)，在部分范疇領(lǐng)先于世界水平。人體器官芯片大模型在模型精度、節(jié)省藥物規(guī)劃時刻、下降研制費(fèi)用等方面都有了數(shù)量級的提高。
放眼國內(nèi)，布局器官芯片工業(yè)鏈的公司多在粵港澳大灣區(qū)和長三角。皮膚芯片、肝芯片、肺芯片、腎芯片以及人體芯片等產(chǎn)品已紛繁出現(xiàn)。而在全球，現(xiàn)在商業(yè)化出產(chǎn)器官芯片的公司已有60多家。
一片藍(lán)海正在翻開。來自全球細(xì)分職業(yè)調(diào)研組織的陳述顯現(xiàn)，估計(jì)2024年至2030年，全球器官芯片商場年復(fù)合增長率將達(dá)31.2%。
人體器官芯片從理念到實(shí)際，所指向的，將是醫(yī)藥研制范疇既有范式的革新。
英格伯舉了一個比如：挑選出50-100名肺癌患者，將他們的癌細(xì)胞“種”到肺芯片上，再制造肝芯片、腎芯片等。接著，用這些芯片來做藥物測驗(yàn)，找出哪些藥物對哪些患者作用最佳，一起對其他器官的毒性最小。然后，再選出這部分患者進(jìn)行一個小規(guī)模的臨床試驗(yàn)……“假如這套辦法能夠成功，就能以史無前例的速度、更低的本錢和更高的精準(zhǔn)性開宣布新藥?！庇⒏癫f。他還泄漏，兩年前，美國經(jīng)過了一項(xiàng)觸及新藥研制前臨床試驗(yàn)中運(yùn)用試驗(yàn)動物的“FDA現(xiàn)代化法案2.0”，其間已清晰，評價新藥請求時，答應(yīng)運(yùn)用微生理體系（例如器官芯片）等辦法數(shù)據(jù)代替動物試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
這是否意味著器官芯片將可徹底代替動物試驗(yàn)？英格伯對此抱持著科研人常有的審慎與達(dá)觀?！耙屨麄€職業(yè)改變現(xiàn)有的作業(yè)辦法還需求很長時刻，但至少，這條路現(xiàn)已翻開了。”他說。
對話唐納德·英格伯
器官芯片能用來維護(hù)大熊貓嗎？
羊城晚報(bào)記者：人體器官芯片，工業(yè)化落地、商場化運(yùn)用還需求多久？
唐納德·英格伯：人體器官芯片現(xiàn)已商業(yè)化。早在10年前，咱們就創(chuàng)立了公司。在我國，不只能買到器官芯片和剖析芯片的東西，并且器官芯片現(xiàn)在現(xiàn)已在我國出產(chǎn)。
羊城晚報(bào)記者：個人能夠買器官芯片嗎？假如想買一個芯片，是不是需求自己的細(xì)胞？
唐納德·英格伯：能夠。芯片自身里邊是沒有細(xì)胞的。比如說要開發(fā)新藥，能夠購買芯片以及相應(yīng)東西來協(xié)助培育這個細(xì)胞。
羊城晚報(bào)記者：器官芯片技能假如能夠作為維護(hù)研討大熊貓的一種新視點(diǎn)和新東西，全球的其他稀有物種是不是也能夠運(yùn)用這樣的技能來加以維護(hù)？
唐納德·英格伯：任何類型的動物只需能夠收集它的細(xì)胞，就都能夠運(yùn)用。比如說山公，咱們現(xiàn)在正在做研討，把“模仿器官”放在芯片上，這樣能夠很有價值地協(xié)助咱們了解健康和疾病，了解不同基因集體或許亞種群的差異，對疾病感染以及生物符號做出確診。所以我覺得，器官芯片對研討維護(hù)各種動物或許都會有優(yōu)點(diǎn)。
羊城晚報(bào)記者：要讀取芯片上的數(shù)據(jù)簡不簡單？
唐納德·英格伯：活體試驗(yàn)?zāi)軌蜃龅模鞴傩酒材軌蜃?，還能夠經(jīng)過熒光成像技能做實(shí)時的成像。從一個窗口看活體細(xì)胞組織里的狀況，能夠先從一個細(xì)胞、一類細(xì)胞開端，然后再到別的的細(xì)胞，就像動物試驗(yàn)相同。經(jīng)過器官芯片能夠收集許多數(shù)據(jù)，但問題是怎么樣處理這些數(shù)據(jù)。
