一场看不见的技术革命上线,人体器官芯片问世了!

人类文明的进程很大程度上是从技术发展推动的,当下更是一个技术加速发展和革命的时代。企业家要想创造未来,就要对科技前沿有敏锐的洞察。科研领域的新趋势是什么?会带来什么样的新商业价值?


一场看不见的技术革命上线,人体器官芯片问世了!

近年来,人体细胞体外培养技术在一定程度上解决了动物模型与人体不匹配的问题。但是,在人体外培养细胞以期模拟人体内部的环境是一件极困难的事情。它面临的一个最大的挑战就是如何在人体外建立一个和人体内相似的环境。我们知道,细胞在人体中的生长环境是一个非常复杂的三维微观环境。环境中的三维结构和生物化学信号影响着每一个在其中生长和分化的细胞。反观现有的体外培养技术,细胞仅仅被培养在了一个二维的培养皿中。这个结构过于简单的培养皿无法有效模拟人体内复杂且处于动态的细胞与细胞之间、细胞与不同环境之间的相互作用。这种环境上的不同导致在模型中繁殖的细胞与人体内的细胞相去甚远,因而降低了模型的可靠性和临床前期试验的准确性。因此,如何在人体外构建一个适合细胞生长的天然环境是建立一个可靠体外模型的关键。

什么是人类芯片?

以微流控芯片为平台,人体芯片旨在在人体外模拟人体内部环境。这个内部环境可以是某一块组织,某一个器官,甚至多个器官的组合(比如整个人体)。人体芯片的制作方法简单来说就是先在微流控芯片中搭建一个目标组织或器官的三维模型,然后将人体细胞培养在模型上。除了拥有微流控芯片技术的低成本、高效性和可控性等优点,人体芯片还可以更准确地模拟人体内微米级或更小的三维环境,从而增加了药物筛选及测试的准确性和可靠性。

目前,这种芯片主要分为八大类:肠芯片、肺芯片、心脏芯片、血管芯片、肿瘤芯片、胎盘芯片、人眼芯片和人体芯片。

据报道,哈佛和牛津的科学家已经开发出一种“人体器官模型”,它由7个人体器官模型组成,类似于“半人”。

一半的电池和一半的机器(听起来有点困惑)看概念图。

一场看不见的技术革命上线,人体器官芯片问世了!

这一技术虽然远不及基质中的半人半技术产品,但它的诞生,有助于人们开发和开发新药。毕竟,“半机器人”可以替代人类和动物来测试新药。

动物是不同于人类的。有些药物在动物身上没有副作用,但在人类身上却有很大的副作用。

人体芯片有着广阔的发展和应用前景,同时也面临着技术和市场化的挑战。具体如下。第一,如何利用人体胚胎干细胞(embryonic cells)或者诱导性多功能干细胞(iPS cells)建立一个可以持续使用的体外模型。第二,在现有的人体模型中,细胞大多生长在合成材料构建的三维模型中。这些合成材料对细胞的刺激程度不如人体内环境所带来的刺激程度,还会影响细胞的生长。比如,某些细胞所需的生长物质会被芯片材料所吸收。因此,如何进一步提高芯片材料的生物适应性(biocompatibility)也是一大难题。第三,现有的芯片材料虽然适合实验室里的芯片开发,却不适合工厂里的大规模芯片生产。第四,由于该技术的全新性,人体芯片的下游数据分析还很难做到与现有的生物分析技术无缝对接。第五,人体芯片的发展需要在尽可能还原人体的复杂度和保持实际操作的简便性之间找到一个平衡点。过低的人体还原度或者过高的操作需求都会限制人体芯片在市场上的推广。


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