逐力“人体芯片”(1)
7月8-9日，在美国波士顿召开的“世界器官芯片年会”上，繁多的研究机构、医药生产企业例证，“器官芯片”(organs-on-chips)能够更真实、更贴切、更全面地反映病理状态或药物应激状态下的机体变化情况。近年来，已有公司着手开发特定人类疾病芯片模型。就在上个月，美国强生公司发现科学全球负责人宣布，即将使用Emulate公司研发的血栓芯片模型检测在研或已上市药物的可能致栓风险。
据悉，今年早些时候，恰逢美国哈佛大学研究团队首次宣布芯片发现5年之际，美国现代艺术博物馆永久性收藏了一款透明的塑料“器官芯片”，并获评“年度最佳设计”……
这一切事实透露出的确定性讯号是，“器官芯片”正受到越来越多各界科研工作者的推崇，距离服务于临床或将为时不远。
升级技术优势
“器官芯片”并不是那种利用硅电子芯片制备的人体器官模拟器，而是真正含有人体活性细胞的生物芯片。综合了微流体技术和硅芯片技术的“器官芯片”的发展成熟与当年“芯片实验室”的兴起息息相关，它大大加速了生物系统的分析进程。如果将其投用于DNA分析，科研人员有可能在短短数小时内给出整个基因组序列信息，而在早年这一工作往往可能需要经历数周甚至长达数月的等待。
, 百拇医药
近期，英国伦敦北部一家开放实验室的研究者们正在着力实验攻坚，目的是探索发现肝脏对某种新药的可能反应。
根据监管机构对临床药物试验管理规定的具体要求，通常情况下，此类试验的规范性流程是首先需要在一排排的培养皿中精心培育出肝脏细胞，实验对象多为鼠或狗，取得疗效和安全性验证后才能进入临床健康受试者环节，而这距离治疗新药上市还将是一段更为漫长且结局不确定的临床试验周期。但在本项实验中，仅用到了一个尺寸如同智能手机的小型装置，它含有一个由人体细胞制成的微型肝脏，相关人员宣称能据此得出更为精确可靠的实验数据与研究结论。这无疑成为生物工程师所谓“芯片仿真人体器官”的首个商业版本之一。
此款被命名为“量子B”(Quantum-B)的肝脏芯片原产自英国牛津大学派生出的CN Bio，公司现坐落于伦敦赫特福德郡的韦林花园城。“量子B”的设计初衷是用于帮助研究者探查到导致肝脏炎性病变的常见致病原——乙型肝炎病毒的蛛丝马迹。在美国，有其他研究小组陆续报道出解决方案，诸如美国哈佛大学Wyss生物启发工程研究所已然研制出肺脏芯片，加州大学伯克利分校业已研制出心脏芯片，针对肾脏、肠道、肌肉、脂肪、骨骼和皮肤的“器官芯片”也正在加紧研发当中(图1)。
, 百拇医药
在现行监管制度框架下，此类装置上市后必将使药品相关动物实验规模大幅缩水。因为那时，归结于基础生物学差异，实验动物将不再是无可或缺的人类替身。苦于细胞常常停止工作的现实困扰，在培养皿中完成组织检测得出的实验结论很难被重复验证。而经由“器官芯片”可以获得更为真实的数据，既将使药物研发进入发展快轨，也有助于研究者信心满满地开展既往因对健康志愿者太过危险而可望不可及的试验探索。
进一步借助把不同芯片连接在一起，科研人员深入探究器官间相互反应也成为可能。例如，某种药物可能对心脏病显现出一定的临床治疗受益，但也可能因需要经肝脏途径代谢而同时产生毒性不良反应。事实上，一旦坐拥足够数量与高质量的“器官芯片”，一个大胆的朦胧设想——未来极有可能创建出所谓“人体芯片”(bodyon-a-chip)——在部分科学家脑海中日渐清晰。
磨练实践真知
目前，绝大多数“器官芯片”由多聚物等合成材料制成，如此可以实时通过显微镜观察细胞状态。该类芯片包含有用于连接受培人类细胞的细微结构，在适宜的环境下细胞可以如同在机体内一般完成自然排列并启动自主行为。运用微流控芯片技术，常可实现仿真血液有序穿梭于通道和小管路内部，执行将营养物质送达细胞的转运功能。
, http://www.100md.com
事实上，芯片内并未装载完整器官，而仅可见拟需替换的某一器官功能所必需的最小的细胞群。CN Bio公司研制生产的肝脏芯片正是基于琳达·格里菲斯及其同事在美国麻省理工学院完成的相关研究成果，即通过微小“支架材料”从出于各种原因不适合移植治疗的捐献器官中成功捕获细胞。这些细胞在使用前往往需要接受冷冻处理。
“支架材料”可以被植入小槽内，并沿内间通道吸取适当营养液。稳定植入数天后，这些细胞准备工作就绪，可开始为其接种乙型肝炎病毒。目前认为，唯有灵长类动物有可能模拟人类疾病的发生发展进程，但有时只是完成一项疾病研究就可能需要牺牲数十只黑猩猩，还难免遭受来自动物保护组织的伦理道德诟病。而每个肝脏芯片内富含12个微型肝脏，也就决定了它可以同时完成数项试验检测。CN Bio公司首席技术官戴维·休斯透露，携带36个肝脏的原型芯片在不久的将来或可面世。
目前，开展基础毒性实验约需耗资2.2万美元。表面上看成本高的有点吓人，但其实在小鼠身上完成一项简单实验通常不仅需要花费1个月时间，往往需要搭上不少5万美元的资金准入，一项较为复杂的分析性研究的支出则往往100万美元都打不住。可以见得，一种新药上市的喜悦既承载着科研人员从成千上万种候选物质中精心筛选的辛劳，伴随而来的还有一张飙升至10亿美元的巨额账单。
, http://www.100md.com
“器官芯片”提速药物试验的核心价值在于，它既为细胞繁育生长创建出必需的生物化学环境，又使之成为具备一定生理功能的细胞个体。对肝脏芯片而言，人们可以洞悉出人工血液运行的确切流体力学机制。既往研究业已证实，途经细胞表面的液体流可以对细胞功能产生某种影响。
其他类型细胞可能真正需要的是一种机械运动。以美国哈佛大学研发的肺脏芯片为例，它生存生长的前提条件是“呼吸”。由此，该装置由双微流体通道层叠构建而成，外部是一个具有一定伸缩特性的塑料质地外壳。双微流体通道被一层多孔薄膜分隔为二，内衬在顶部的上皮细胞来自人体肺泡，而底部的内皮细胞为血管来源。空气经由顶层通道被输送至薄膜，底部通道则富含血液样流体物质。采用交流真空技术还能够兑现整体结构的双侧延展性与细胞舒缩运动，通过对组织牵拉和挤压过程模拟人类呼吸运动状态下的特征性胸腔功能运动。, 百拇医药(王欣)
据悉，今年早些时候，恰逢美国哈佛大学研究团队首次宣布芯片发现5年之际，美国现代艺术博物馆永久性收藏了一款透明的塑料“器官芯片”，并获评“年度最佳设计”……
这一切事实透露出的确定性讯号是，“器官芯片”正受到越来越多各界科研工作者的推崇，距离服务于临床或将为时不远。
升级技术优势
“器官芯片”并不是那种利用硅电子芯片制备的人体器官模拟器，而是真正含有人体活性细胞的生物芯片。综合了微流体技术和硅芯片技术的“器官芯片”的发展成熟与当年“芯片实验室”的兴起息息相关，它大大加速了生物系统的分析进程。如果将其投用于DNA分析，科研人员有可能在短短数小时内给出整个基因组序列信息，而在早年这一工作往往可能需要经历数周甚至长达数月的等待。
, 百拇医药
近期，英国伦敦北部一家开放实验室的研究者们正在着力实验攻坚，目的是探索发现肝脏对某种新药的可能反应。
根据监管机构对临床药物试验管理规定的具体要求，通常情况下，此类试验的规范性流程是首先需要在一排排的培养皿中精心培育出肝脏细胞，实验对象多为鼠或狗，取得疗效和安全性验证后才能进入临床健康受试者环节，而这距离治疗新药上市还将是一段更为漫长且结局不确定的临床试验周期。但在本项实验中，仅用到了一个尺寸如同智能手机的小型装置，它含有一个由人体细胞制成的微型肝脏，相关人员宣称能据此得出更为精确可靠的实验数据与研究结论。这无疑成为生物工程师所谓“芯片仿真人体器官”的首个商业版本之一。
此款被命名为“量子B”(Quantum-B)的肝脏芯片原产自英国牛津大学派生出的CN Bio，公司现坐落于伦敦赫特福德郡的韦林花园城。“量子B”的设计初衷是用于帮助研究者探查到导致肝脏炎性病变的常见致病原——乙型肝炎病毒的蛛丝马迹。在美国，有其他研究小组陆续报道出解决方案，诸如美国哈佛大学Wyss生物启发工程研究所已然研制出肺脏芯片，加州大学伯克利分校业已研制出心脏芯片，针对肾脏、肠道、肌肉、脂肪、骨骼和皮肤的“器官芯片”也正在加紧研发当中(图1)。
, 百拇医药
在现行监管制度框架下，此类装置上市后必将使药品相关动物实验规模大幅缩水。因为那时，归结于基础生物学差异，实验动物将不再是无可或缺的人类替身。苦于细胞常常停止工作的现实困扰，在培养皿中完成组织检测得出的实验结论很难被重复验证。而经由“器官芯片”可以获得更为真实的数据，既将使药物研发进入发展快轨，也有助于研究者信心满满地开展既往因对健康志愿者太过危险而可望不可及的试验探索。
进一步借助把不同芯片连接在一起，科研人员深入探究器官间相互反应也成为可能。例如，某种药物可能对心脏病显现出一定的临床治疗受益，但也可能因需要经肝脏途径代谢而同时产生毒性不良反应。事实上，一旦坐拥足够数量与高质量的“器官芯片”，一个大胆的朦胧设想——未来极有可能创建出所谓“人体芯片”(bodyon-a-chip)——在部分科学家脑海中日渐清晰。
磨练实践真知
目前，绝大多数“器官芯片”由多聚物等合成材料制成，如此可以实时通过显微镜观察细胞状态。该类芯片包含有用于连接受培人类细胞的细微结构，在适宜的环境下细胞可以如同在机体内一般完成自然排列并启动自主行为。运用微流控芯片技术，常可实现仿真血液有序穿梭于通道和小管路内部，执行将营养物质送达细胞的转运功能。
, http://www.100md.com
事实上，芯片内并未装载完整器官，而仅可见拟需替换的某一器官功能所必需的最小的细胞群。CN Bio公司研制生产的肝脏芯片正是基于琳达·格里菲斯及其同事在美国麻省理工学院完成的相关研究成果，即通过微小“支架材料”从出于各种原因不适合移植治疗的捐献器官中成功捕获细胞。这些细胞在使用前往往需要接受冷冻处理。
“支架材料”可以被植入小槽内，并沿内间通道吸取适当营养液。稳定植入数天后，这些细胞准备工作就绪，可开始为其接种乙型肝炎病毒。目前认为，唯有灵长类动物有可能模拟人类疾病的发生发展进程，但有时只是完成一项疾病研究就可能需要牺牲数十只黑猩猩，还难免遭受来自动物保护组织的伦理道德诟病。而每个肝脏芯片内富含12个微型肝脏，也就决定了它可以同时完成数项试验检测。CN Bio公司首席技术官戴维·休斯透露，携带36个肝脏的原型芯片在不久的将来或可面世。
目前，开展基础毒性实验约需耗资2.2万美元。表面上看成本高的有点吓人，但其实在小鼠身上完成一项简单实验通常不仅需要花费1个月时间，往往需要搭上不少5万美元的资金准入，一项较为复杂的分析性研究的支出则往往100万美元都打不住。可以见得，一种新药上市的喜悦既承载着科研人员从成千上万种候选物质中精心筛选的辛劳，伴随而来的还有一张飙升至10亿美元的巨额账单。
, http://www.100md.com
“器官芯片”提速药物试验的核心价值在于，它既为细胞繁育生长创建出必需的生物化学环境，又使之成为具备一定生理功能的细胞个体。对肝脏芯片而言，人们可以洞悉出人工血液运行的确切流体力学机制。既往研究业已证实，途经细胞表面的液体流可以对细胞功能产生某种影响。
其他类型细胞可能真正需要的是一种机械运动。以美国哈佛大学研发的肺脏芯片为例，它生存生长的前提条件是“呼吸”。由此，该装置由双微流体通道层叠构建而成，外部是一个具有一定伸缩特性的塑料质地外壳。双微流体通道被一层多孔薄膜分隔为二，内衬在顶部的上皮细胞来自人体肺泡，而底部的内皮细胞为血管来源。空气经由顶层通道被输送至薄膜，底部通道则富含血液样流体物质。采用交流真空技术还能够兑现整体结构的双侧延展性与细胞舒缩运动，通过对组织牵拉和挤压过程模拟人类呼吸运动状态下的特征性胸腔功能运动。, 百拇医药(王欣)