一場看不見的技術革命上線,人體器官晶片問世了!

人類文明的進程很大程度上是從技術發展推動的,當下更是一個技術加速發展和革命的時代。企業家要想創造未來,就要對科技前沿有敏銳的洞察。科研領域的新趨勢是什麼?會帶來什麼樣的新商業價值?


一場看不見的技術革命上線,人體器官芯片問世了!

近年來,人體細胞體外培養技術在一定程度上解決了動物模型與人體不匹配的問題。但是,在人體外培養細胞以期模擬人體內部的環境是一件極困難的事情。它面臨的一個最大的挑戰就是如何在人體外建立一個和人體內相似的環境。我們知道,細胞在人體中的生長環境是一個非常複雜的三維微觀環境。環境中的三維結構和生物化學信號影響著每一個在其中生長和分化的細胞。反觀現有的體外培養技術,細胞僅僅被培養在了一個二維的培養皿中。這個結構過於簡單的培養皿無法有效模擬人體內複雜且處於動態的細胞與細胞之間、細胞與不同環境之間的相互作用。這種環境上的不同導致在模型中繁殖的細胞與人體內的細胞相去甚遠,因而降低了模型的可靠性和臨床前期試驗的準確性。因此,如何在人體外構建一個適合細胞生長的天然環境是建立一個可靠體外模型的關鍵。

什麼是人類芯片?

以微流控芯片為平臺,人體芯片旨在在人體外模擬人體內部環境。這個內部環境可以是某一塊組織,某一個器官,甚至多個器官的組合(比如整個人體)。人體芯片的製作方法簡單來說就是先在微流控芯片中搭建一個目標組織或器官的三維模型,然後將人體細胞培養在模型上。除了擁有微流控芯片技術的低成本、高效性和可控性等優點,人體芯片還可以更準確地模擬人體內微米級或更小的三維環境,從而增加了藥物篩選及測試的準確性和可靠性。

目前,這種芯片主要分為八大類:腸芯片、肺芯片、心臟芯片、血管芯片、腫瘤芯片、胎盤芯片、人眼芯片和人體芯片。

據報道,哈佛和牛津的科學家已經開發出一種“人體器官模型”,它由7個人體器官模型組成,類似於“半人”。

一半的電池和一半的機器(聽起來有點困惑)看概念圖。

一場看不見的技術革命上線,人體器官芯片問世了!

這一技術雖然遠不及基質中的半人半技術產品,但它的誕生,有助於人們開發和開發新藥。畢竟,“半機器人”可以替代人類和動物來測試新藥。

動物是不同於人類的。有些藥物在動物身上沒有副作用,但在人類身上卻有很大的副作用。

人體芯片有著廣闊的發展和應用前景,同時也面臨著技術和市場化的挑戰。具體如下。第一,如何利用人體胚胎幹細胞(embryonic cells)或者誘導性多功能幹細胞(iPS cells)建立一個可以持續使用的體外模型。第二,在現有的人體模型中,細胞大多生長在合成材料構建的三維模型中。這些合成材料對細胞的刺激程度不如人體內環境所帶來的刺激程度,還會影響細胞的生長。比如,某些細胞所需的生長物質會被芯片材料所吸收。因此,如何進一步提高芯片材料的生物適應性(biocompatibility)也是一大難題。第三,現有的芯片材料雖然適合實驗室裡的芯片開發,卻不適合工廠裡的大規模芯片生產。第四,由於該技術的全新性,人體芯片的下游數據分析還很難做到與現有的生物分析技術無縫對接。第五,人體芯片的發展需要在儘可能還原人體的複雜度和保持實際操作的簡便性之間找到一個平衡點。過低的人體還原度或者過高的操作需求都會限制人體芯片在市場上的推廣。


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