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让器官“种”在芯片上

时间:2016-12-20 08:05 作者:生物观察
 

 

 

 “未来,人体器官芯片或许能够取代我们的动物实验,成为一种颇具前景的研究手段。”中科院广州生物医药与健康研究院院长裴端卿对人体器官芯片这一全新领域掩饰不住自己的热情,他告诉《中国科学报》记者表示,随着日前中科院大连化物所微流控芯片研究组利用器官芯片技术,成功构建出动态三维高通量血脑屏障模型,人体器官芯片的概念应该被人们所认知了。取得突破性进展  研发一种新药,首先要通过动物实验,之后进入临床试验,被证明是安全、有效后,才可批准上市。但毕竟动物不是人类本身,其对药物的反应与人体对药物的反应还是有差异的,这也造成了动物实验在药物筛选上的缺陷。  为了解决这一缺陷,一种结合电子技术与生物科学技术的器官芯片走进了生物医药领域。这种含有人体活体细胞的生物芯片,是微流控技术、细胞生物学、生物材料与干细胞技术的结合体。作为一种具有功能化的缩微组织器官类型,器官芯片专门用于药效评价等方面的研究。 裴端卿指出,在我国这种技术尚处探索阶段,但是非常值得肯定的。“因为在人体对药物反应的评价上,与动物模型相比,其所提供的数据更加接近于人体本身。” 在大化所利用器官芯片技术仿生构建动态三维血脑屏障模型的最新进展中,研究者利用器官芯片技术的多维网络结构与功能集成特点,构建除了动态三维血脑屏障模型,由于其具有近生理环境的结构功能特性,可模拟体内脑生理病理微环境,为开展脑肿瘤药物筛选提供了一种新方法,弥补了现有二维细胞及动物模型与人体偏差较大的不足。  与此同时,作为2016达沃斯论坛评选的“十大新兴技术”之一,迄今国外研究者已经成功制造出了“肺芯片”“心脏芯片”“肠芯片”等。 争论尚存  诚然,这种人体器官的微缩模型,让人们通过前所未有的方式见证了生物机制和行为,但并非毫无争议。  在中科院遗传与发育生物学研究所研究员黄勋看来,目前研究所并没有进行任何人体器官芯片方面的应用。他认为这是由于器官芯片只收集了人体的局部器官,并非人体本身,所以还无法取代动物实验。  而中科院生物化学与细胞生物学研究所研究员廖侃认为,一种药物最终能够被证明是安全、有效的,往往要经历十分漫长的过程。在日常实验中,用不同器官组织组成的器官芯片,可以加快实验速度。 “如果在动物体内进行研究,通常需要等待动物出现症状。而用器官芯片可以让我们较快观察到细胞的变化,快速明确目标器官。”所以,廖侃认为通过器官芯片再进行动物实验更有针对性,从而降低动物使用量,使动物实验更有的放矢。“此外,许多化合物都很难获得,用器官芯片可以降低试剂的用量。”  即使好处明显,裴端卿也不讳言,如果器官芯片有缺陷,例如均一性差,可能导致研究人员的数据分析困难。  “器官芯片能准确反映人体生物学的局限,在生物医药研发中已经看到了越来越普及的应用。”在中科院动物所干细胞与生殖生物学国家重点实验室研究员王宇看来,虽然人类离再造整个器官还很遥远,但器官芯片毋庸置疑拥有十分广阔的前景。但他也强调,由于器官芯片有体外的局限性,和动物模型不是替代关系,而是一种互补关系。  类器官已先行  目前,囿于器官芯片需要微流控等技术的跟进和发展,所以在我国要实现完全普及还有很长的路要走。而类器官作为一种微器官,虽比器官芯片稍大,但作用和功能却是类似的。 如今,像中科院生物化学与细胞生物学研究所早已开始了类器官的研究,据研究所“类器官模型与肿瘤的靶向治疗”研究组组长高栋介绍,类器官就是在体外重建一个器官,如人脑的结构、肾结构等。  “我们从事的是培养类似肿瘤的细胞。从人体内取出一个肿瘤细胞,在体外构建一个三维模型,有三维的结构。”高栋介绍,类器官能够形成与人体类似的组织形式。“我们要尽可能维持其人体内的特征。类器官的功能比传统二维细胞器强大很多,是动物实验的有力补充。”  据介绍,由于类器官仍然是在人造的培养皿环境中发育,所以只能最大程度地维持和体内类似的情况,缺陷是其目前还不能完全模拟包括激素以及代谢等影响人体器官功能的因素。  “现在非常强调精准治疗,每个肿瘤病人病情都不同。如何精准,就要把肿瘤取出,培养成类器官,通过试药,发现各种敏感的药,用以指导医生。”高栋介绍,个性化治疗是类器官的一大优势。  药物测试首先要有模型基础。高栋认为目前核心的也是战略性的是建立起源于中国癌症病人的类器官库,针对中国人进行药物筛选和个性化医疗。“这个庞大的资源库,在药物测试时作为平台,让医生去筛选,化学家也能基于此发明一些小分子。”  在高栋看来,这种能指导医生用药,并进行分类和测序的资源库,今后医生只需通过测序,就知道病人该用什么药了。