科技前沿：人體器官芯片離成功還有多遠

　　類器官是干細胞研究的重要成果之一，它們是用干細胞制造出來的微型器官，或稱迷你器官，它們具有器官的某些功能。器官芯片是含有人體活體細胞的生物芯片，它們要比類器官更小。

　　類器官和器官芯片正在生命研究、疾病治療、藥物和疫苗的研發(fā)方面，顯示出越來越重要的作用和巨大的生命力。

　　芯片器官代替動物試驗

　　一種藥物和疫苗的研發(fā)，首先要通過動物試驗，然后進入臨床一至三期試驗，在被證明是安全、有效、穩(wěn)定之后，才能最后批準上市。原本這一過程已經(jīng)十分漫長，如今又有越來越多的呼聲反對用動物進行試驗，與此同時，招募藥物試驗的志愿者也是難上加難。有沒有更好的方式來代替動物和人體試驗，從而有效和便捷地研發(fā)新藥和疫苗呢?

　　研究人員正在研發(fā)一種新型技術(shù)，在塑料芯片上模擬人體器官微型模型，來取代動物試驗。隨著一些大型制藥公司開始在藥物開發(fā)中使用這些體外系統(tǒng)，芯片器官技術(shù)正在成為人們關注的焦點。

　　荷蘭的Mimetas公司與3家大型醫(yī)藥公司共同合作，開發(fā)了一種腎臟芯片用于檢測藥物的作用。另一方面，2015年6月，強生公司已表示將購進美國Emulate公司的血栓芯片，用于檢測其在已上市藥物或在研藥物中的促血凝特性。

　　器官芯片的出現(xiàn)顯然是藥物研發(fā)的一個好幫手或好手段，因為，它不僅能真實反映人體的部分情況，而且能節(jié)約成本，同時測試的時間短，能很快得知一種在研藥物或已經(jīng)使用的藥物是否有效，以及作用機理，并且不涉及倫理爭議。甚至在新藥篩選方面，器官芯片也比動物試驗更有特異性、更有效，因為這種試驗是一步到位，繞開了動物試驗，直接以人體器官為試驗對象。

　　器官芯片的支持者稱，與培養(yǎng)皿中平坦的薄薄一層細胞相比較，這種器官芯片更接近于人體實際，比藥物研發(fā)和檢測中的動物模型更有用。例如，肺部芯片可由兩部分組成，一面是浸在血液樣的培養(yǎng)液中，另一面暴露在空氣中，與一臺機器連接在一起，可模仿呼吸運動。這就有可能檢測某些藥物，如治療哮喘藥物的療效。

　　挽救部分被封殺的藥物

　　在一些企業(yè)研發(fā)模擬病變的器官芯片同時，還有更多企業(yè)在研究這類模擬芯片對于藥物的反應是否與健康人體組織相同。“任何一種新藥都必須先在健康人體上測試過，以確保其安全性。”佛羅里達大學生物工程學家詹姆斯·?？寺f。如果器官模擬芯片與人體組織對藥物的反應是一樣的，這種體外器官可有助于縮短人體試驗的周期，甚至完全不再需要經(jīng)過人體試驗這一過程。

　　器官芯片還可以幫助制藥公司確定有效且安全的藥物劑量，美國阿斯利康公司藥物安全科學家馬修·瓦格納說。如果這類數(shù)據(jù)能被監(jiān)管機構(gòu)接受，最終制藥企業(yè)就可以跳過對不同劑量藥物進行測試的臨床試驗這一階段。

　　人體器官芯片還有一個人們意想不到的作用———挽救很多因動物試驗效果不好而被封殺的藥物。根據(jù)傳統(tǒng)的藥物試驗程序，若一種藥物在動物試驗中產(chǎn)生不安全結(jié)果，如致傷致殘或致死動物，就不可能進入下一個程序———人體試驗，結(jié)果通常是被封殺。但是，如果用人體芯片試驗，則會獲得對人體的效果，因此可以不以動物試驗結(jié)果為判定標準。

　　例如，瑞士羅氏公司的一款在研藥物對大鼠存在致肝癌作用，隨后羅氏公司利用人體肝臟芯片對這種藥物進行人體和動物體外試驗進行數(shù)據(jù)對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)致癌作用存在嚙齒類種屬特異性。據(jù)此羅氏公司認為，這一對比結(jié)果可以為該藥物“正名”，它只是對嚙齒動物致癌，但不對人致癌，因此，不應被槍斃，可以繼續(xù)進行下一步的人體試驗。

　　器官芯片獲認可路還很長

　　盡管有很多優(yōu)點，但器官芯片的局限也是顯而易見的。用人體器官芯片試驗所獲得的結(jié)果是否完全真實可信，或能否代表人體系統(tǒng)的復雜性和完整性，正在受到質(zhì)疑。例如，器官芯片可能無法重現(xiàn)機體復雜的內(nèi)分泌環(huán)境所導致的一系列功能變化，因而測試藥物的結(jié)果不一定完全客觀和準確。即便是多種人體器官芯片組裝而成的“類機體”系統(tǒng)，可能也無法完全確證一種藥物的作用和安全性。所以，器官芯片要獲得認可，還有很長的路要走。

　　可以預測，類器官和器官芯片在未來不僅對藥物研發(fā)和篩選有針對性的藥物具有重要意義，而且對于其他生物醫(yī)學研究也意義非凡。

　　有人擔心，對于器官芯片的宣傳是否言過其實，謹慎從事才是理性的態(tài)度。研究者展示了很多器官模型對藥物能做出的與人類器官同樣的反應，以此來證明器官模型是有效的。譬如，測試表明某個心臟模型可在腎上腺素的作用下加速跳動，但這并不能代表心臟芯片已具備器官的所有功能。器官芯片要模擬由各種復雜信號調(diào)控的多方面功能是非常困難的，特別是來自內(nèi)分泌系統(tǒng)或免疫系統(tǒng)的信號。

　　甚至在由多個器官芯片組成的復雜系統(tǒng)上測試某種已知藥物，其有效性也很難確認。羅氏公司體外系統(tǒng)安全研究部門總管安德里安·魯思指出:研究人員很可能不知道應該觀察些什么。例如，止痛藥對乙酰氨基酚對肝臟的潛在毒性效應已確定無疑，但其他身體器官對這種藥物的反應我們?nèi)匀凰跎佟?/p>

　　不過，很多醫(yī)藥公司還是認為，在器官芯片應用方面進行投資是值得的。強生公司創(chuàng)新平臺高級主管米歇爾·布朗納認為，重要的是參與，只有參與進去，才能以符合公司需要的方式開發(fā)這項技術(shù)。

　　政府監(jiān)管機構(gòu)對此也很感興趣。美國國立轉(zhuǎn)化科學促進中心　(NCATS)將召集學術(shù)界的科學家，以及醫(yī)藥公司和監(jiān)管機構(gòu)，共同討論器官芯片的開發(fā)利用問題。NCATS還為11支研究團隊提供資金支持，這些團隊各自分別研發(fā)一種不同的器官或系統(tǒng)，最終這些系統(tǒng)將連接在一起，構(gòu)成完整的“人體芯片”。