科技前沿：人體器官芯片離成功還有多遠(yuǎn)

　　類(lèi)器官是干細(xì)胞研究的重要成果之一，它們是用干細(xì)胞制造出來(lái)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(xì)胞的生物芯片，它們要比類(lèi)器官更小。

　　類(lèi)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(lái)越重要的作用和巨大的生命力。

　　芯片器官代替動(dòng)物試驗(yàn)

　　一種藥物和疫苗的研發(fā)，首先要通過(guò)動(dòng)物試驗(yàn)，然后進(jìn)入臨床一至三期試驗(yàn)，在被證明是安全、有效、穩(wěn)定之后，才能最后批準(zhǔn)上市。原本這一過(guò)程已經(jīng)十分漫長(zhǎng)，如今又有越來(lái)越多的呼聲反對(duì)用動(dòng)物進(jìn)行試驗(yàn)，與此同時(shí)，招募藥物試驗(yàn)的志愿者也是難上加難。有沒(méi)有更好的方式來(lái)代替動(dòng)物和人體試驗(yàn)，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(lái)取代動(dòng)物試驗(yàn)。隨著一些大型制藥公司開(kāi)始在藥物開(kāi)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(guān)注的焦點(diǎn)。

　　荷蘭的Mimetas公司與3家大型醫(yī)藥公司共同合作，開(kāi)發(fā)了一種腎臟芯片用于檢測(cè)藥物的作用。另一方面，2015年6月，強(qiáng)生公司已表示將購(gòu)進(jìn)美國(guó)Emulate公司的血栓芯片，用于檢測(cè)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(gè)好幫手或好手段，因?yàn)?，它不僅能真實(shí)反映人體的部分情況，而且能節(jié)約成本，同時(shí)測(cè)試的時(shí)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(jī)理，并且不涉及倫理爭(zhēng)議。甚至在新藥篩選方面，器官芯片也比動(dòng)物試驗(yàn)更有特異性、更有效，因?yàn)檫@種試驗(yàn)是一步到位，繞開(kāi)了動(dòng)物試驗(yàn)，直接以人體器官為試驗(yàn)對(duì)象。

　　器官芯片的支持者稱，與培養(yǎng)皿中平坦的薄薄一層細(xì)胞相比較，這種器官芯片更接近于人體實(shí)際，比藥物研發(fā)和檢測(cè)中的動(dòng)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(tái)機(jī)器連接在一起，可模仿呼吸運(yùn)動(dòng)。這就有可能檢測(cè)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(shí)，還有更多企業(yè)在研究這類(lèi)模擬芯片對(duì)于藥物的反應(yīng)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(cè)試過(guò)，以確保其安全性。”佛羅里達(dá)大學(xué)生物工程學(xué)家詹姆斯·?？寺f(shuō)。如果器官模擬芯片與人體組織對(duì)藥物的反應(yīng)是一樣的，這種體外器官可有助于縮短人體試驗(yàn)的周期，甚至完全不再需要經(jīng)過(guò)人體試驗(yàn)這一過(guò)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(guó)阿斯利康公司藥物安全科學(xué)家馬修·瓦格納說(shuō)。如果這類(lèi)數(shù)據(jù)能被監(jiān)管機(jī)構(gòu)接受，最終制藥企業(yè)就可以跳過(guò)對(duì)不同劑量藥物進(jìn)行測(cè)試的臨床試驗(yàn)這一階段。

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

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

　　器官芯片獲認(rèn)可路還很長(zhǎng)

　　盡管有很多優(yōu)點(diǎn)，但器官芯片的局限也是顯而易見(jiàn)的。用人體器官芯片試驗(yàn)所獲得的結(jié)果是否完全真實(shí)可信，或能否代表人體系統(tǒng)的復(fù)雜性和完整性，正在受到質(zhì)疑。例如，器官芯片可能無(wú)法重現(xiàn)機(jī)體復(fù)雜的內(nèi)分泌環(huán)境所導(dǎo)致的一系列功能變化，因而測(cè)試藥物的結(jié)果不一定完全客觀和準(zhǔn)確。即便是多種人體器官芯片組裝而成的“類(lèi)機(jī)體”系統(tǒng)，可能也無(wú)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(rèn)可，還有很長(zhǎng)的路要走。

　　可以預(yù)測(cè)，類(lèi)器官和器官芯片在未來(lái)不僅對(duì)藥物研發(fā)和篩選有針對(duì)性的藥物具有重要意義，而且對(duì)于其他生物醫(yī)學(xué)研究也意義非凡。

　　有人擔(dān)心，對(duì)于器官芯片的宣傳是否言過(guò)其實(shí)，謹(jǐn)慎從事才是理性的態(tài)度。研究者展示了很多器官模型對(duì)藥物能做出的與人類(lèi)器官同樣的反應(yīng)，以此來(lái)證明器官模型是有效的。譬如，測(cè)試表明某個(gè)心臟模型可在腎上腺素的作用下加速跳動(dòng)，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(fù)雜信號(hào)調(diào)控的多方面功能是非常困難的，特別是來(lái)自內(nèi)分泌系統(tǒng)或免疫系統(tǒng)的信號(hào)。

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

　　不過(guò)，很多醫(yī)藥公司還是認(rèn)為，在器官芯片應(yīng)用方面進(jìn)行投資是值得的。強(qiáng)生公司創(chuàng)新平臺(tái)高級(jí)主管米歇爾·布朗納認(rèn)為，重要的是參與，只有參與進(jìn)去，才能以符合公司需要的方式開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。

　　政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)此也很感興趣。美國(guó)國(guó)立轉(zhuǎn)化科學(xué)促進(jìn)中心　(NCATS)將召集學(xué)術(shù)界的科學(xué)家，以及醫(yī)藥公司和監(jiān)管機(jī)構(gòu)，共同討論器官芯片的開(kāi)發(fā)利用問(wèn)題。NCATS還為11支研究團(tuán)隊(duì)提供資金支持，這些團(tuán)隊(duì)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”。