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人体器官芯片离成功还有多远

类器官是干细胞研究的重要成果之一,它们是用干细胞制造出来的微型器官,或称迷你器官,它们具有器官的某些功能。器官芯片是含有人体活体细胞的生物芯片,它们要比类器官更小。 
类器官和器官芯片正在生命研究、疾病治疗、药物和疫苗的研发方面,显示出越来越重要的作用和巨大的生命力。  
芯片器官代替动物试验  
一种药物和疫苗的研发,首先要通过动物试验,然后进入临床一至三期试验,在被证明是安全、有效、稳定之后,才能最后批准上市。原本这一过程已经十分漫长,如今又有越来越多的呼声反对用动物进行试验,与此同时,招募药物试验的志愿者也是难上加难。有没有更好的方式来代替动物和人体试验,从而有效和便捷地研发新药和疫苗呢? 
研究人员正在研发一种新型技术,在塑料芯片上模拟人体器官微型模型,来取代动物试验。随着一些大型制药公司开始在药物开发中使用这些体外系统,芯片器官技术正在成为人们关注的焦点。

器官芯片

荷兰的Mimetas公司与3家大型医药公司共同合作,开发了一种肾脏芯片用于检测药物的作用。另一方面,2015年6月,强生公司已表示将购进美国Emulate公司的血栓芯片,用于检测其在已上市药物或在研药物中的促血凝特性。
  
器官芯片的出现显然是药物研发的一个好帮手或好手段,因为,它不仅能真实反映人体的部分情况,而且能节约成本,同时测试的时间短,能很快得知一种在研药物或已经使用的药物是否有效,以及作用机理,并且不涉及伦理争议。甚至在新药筛选方面,器官芯片也比动物试验更有特异性、更有效,因为这种试验是一步到位,绕开了动物试验,直接以人体器官为试验对象。
  
器官芯片的支持者称,与培养皿中平坦的薄薄一层细胞相比较,这种器官芯片更接近于人体实际,比药物研发和检测中的动物模型更有用。例如,肺部芯片可由两部分组成,一面是浸在血液样的培养液中,另一面暴露在空气中,与一台机器连接在一起,可模仿呼吸运动。这就有可能检测某些药物,如治疗哮喘药物的疗效。
  
挽救部分被封杀的药物
  
在一些企业研发模拟病变的器官芯片同时,还有更多企业在研究这类模拟芯片对于药物的反应是否与健康人体组织相同。“任何一种新药都必须先在健康人体上测试过,以确保其安全性。”佛罗里达大学生物工程学家詹姆斯·希克曼说。如果器官模拟芯片与人体组织对药物的反应是一样的,这种体外器官可有助于缩短人体试验的周期,甚至完全不再需要经过人体试验这一过程。
  
器官芯片还可以帮助制药公司确定有效且安全的药物剂量,美国阿斯利康公司药物安全科学家马修·瓦格纳说。如果这类数据能被监管机构接受,最终制药企业就可以跳过对不同剂量药物进行测试的临床试验这一阶段。
  
人体器官芯片还有一个人们意想不到的作用———挽救很多因动物试验效果不好而被封杀的药物。根据传统的药物试验程序,若一种药物在动物试验中产生不安全结果,如致伤致残或致死动物,就不可能进入下一个程序———人体试验,结果通常是被封杀。但是,如果用人体芯片试验,则会获得对人体的效果,因此可以不以动物试验结果为判定标准。
  
例如,瑞士罗氏公司的一款在研药物对大鼠存在致肝癌作用,随后罗氏公司利用人体肝脏芯片对这种药物进行人体和动物体外试验进行数据对比,结果发现致癌作用存在啮齿类种属特异性。据此罗氏公司认为,这一对比结果可以为该药物“正名”,它只是对啮齿动物致癌,但不对人致癌,因此,不应被枪毙,可以继续进行下一步的人体试验。

器官芯片

器官芯片获认可路还很长
  
尽管有很多优点,但器官芯片的局限也是显而易见的。用人体器官芯片试验所获得的结果是否完全真实可信,或能否代表人体系统的复杂性和完整性,正在受到质疑。例如,器官芯片可能无法重现机体复杂的内分泌环境所导致的一系列功能变化,因而测试药物的结果不一定完全客观和准确。即便是多种人体器官芯片组装而成的“类机体”系统,可能也无法完全确证一种药物的作用和安全性。所以,器官芯片要获得认可,还有很长的路要走。
  
可以预测,类器官和器官芯片在未来不仅对药物研发和筛选有针对性的药物具有重要意义,而且对于其他生物医学研究也意义非凡。
  
有人担心,对于器官芯片的宣传是否言过其实,谨慎从事才是理性的态度。研究者展示了很多器官模型对药物能做出的与人类器官同样的反应,以此来证明器官模型是有效的。譬如,测试表明某个心脏模型可在肾上腺素的作用下加速跳动,但这并不能代表心脏芯片已具备器官的所有功能。器官芯片要模拟由各种复杂信号调控的多方面功能是非常困难的,特别是来自内分泌系统或免疫系统的信号。
  
甚至在由多个器官芯片组成的复杂系统上测试某种已知药物,其有效性也很难确认。罗氏公司体外系统安全研究部门总管安德里安·鲁思指出:研究人员很可能不知道应该观察些什么。例如,止痛药对乙酰氨基酚对肝脏的潜在毒性效应已确定无疑,但其他身体器官对这种药物的反应我们仍然所知甚少。
  
不过,很多医药公司还是认为,在器官芯片应用方面进行投资是值得的。强生公司创新平台高级主管米歇尔·布朗纳认为,重要的是参与,只有参与进去,才能以符合公司需要的方式开发这项技术。
  
政府监管机构对此也很感兴趣。美国国立转化科学促进中心 (NCATS)将召集学术界的科学家,以及医药公司和监管机构,共同讨论器官芯片的开发利用问题。NCATS还为11支研究团队提供资金支持,这些团队各自分别研发一种不同的器官或系统,最终这些系统将连接在一起,构成完整的“人体芯片”。

本文转自:上海科技