“人體器官芯片之父”英格伯：芯片上造迷你器官 千億級(jí)藍(lán)海正翻開
我國(guó)首個(gè)器官芯片國(guó)家規(guī)范上月出臺(tái)，記者采訪“人體器官芯片之父”
文/圖 羊城晚報(bào)全媒體記者 王丹陽(yáng)
一個(gè)U盤巨細(xì)、通明有彈性的塑料盒，內(nèi)中一紅一藍(lán)兩根細(xì)電線交錯(cuò)成雙Y結(jié)構(gòu)，這般看似玩具的小東西，實(shí)際上卻是人體器官運(yùn)轉(zhuǎn)的“數(shù)字化孿生”。這正是當(dāng)下世界生物醫(yī)學(xué)范疇技能前沿焦點(diǎn)之一——人體器官芯片。
一個(gè)月前，我國(guó)首個(gè)器官芯片范疇的國(guó)家規(guī)范《皮膚芯片通用技能要求》正式出臺(tái)。
也是在一個(gè)月前，人體器官芯片創(chuàng)造者、哈佛大學(xué)生物啟示工程懷斯研討所所長(zhǎng)唐納德·英格伯（Donald E. Ingber）來(lái)到我國(guó)，在一場(chǎng)科學(xué)大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，向以青少年為主的觀眾展現(xiàn)了上述長(zhǎng)在芯片上的“器官”。
人體器官芯片面世已十余年，2016年就被世界經(jīng)濟(jì)論壇評(píng)為十大新式技能之一。它終究是什么，怎么運(yùn)轉(zhuǎn)？近年來(lái)技能有何打破開展？科研轉(zhuǎn)化落地以及在我國(guó)商場(chǎng)運(yùn)用進(jìn)程怎么？就這些問題，羊城晚報(bào)記者日前采訪了“人體器官芯片之父”英格伯。
器官“替身”試藥的推翻含義
“這個(gè)設(shè)備是什么？A.可植入動(dòng)物體內(nèi)用來(lái)丈量藥物毒性的設(shè)備；B.運(yùn)用人工智能猜測(cè)藥物作用的計(jì)算機(jī)芯片；C.鋪著人類患者活體細(xì)胞，可模仿人體器官功用，用于藥物開發(fā)的設(shè)備……”
上月，在成都科學(xué)（科幻）館舉辦的騰訊科學(xué)WE大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，滿頭銀發(fā)卻生機(jī)滿滿的英格伯在講演中，從口袋掏出一個(gè)小小的塑料盒子，引來(lái)了全場(chǎng)重視。
他把這個(gè)塑料小盒拿到臺(tái)下，讓現(xiàn)場(chǎng)學(xué)生觀眾逐一摸摸看，一個(gè)接一個(gè)傳遞調(diào)查再說(shuō)出答案。
“選C的人十分聰明，這便是器官芯片?！庇⒏癫榻B。他和團(tuán)隊(duì)于2010年在Science雜志宣布了世界上首個(gè)成功的人體器官芯片模型——一個(gè)模仿肺泡，也便是肺部氣囊的器官芯片。經(jīng)過(guò)這個(gè)芯片，可實(shí)時(shí)模仿人類肺部的結(jié)構(gòu)以及作業(yè)機(jī)制：吸氣肺部舒張，血液從吸入的空氣中提取身體所需的氧氣；呼氣肺部揉捏，排出二氧化碳。這整個(gè)進(jìn)程都能夠在一塊小小芯片中完好復(fù)原。
英格伯談道，世界生物醫(yī)藥界面對(duì)的一大難題是傳統(tǒng)藥物開發(fā)形式的失效。全球制藥公司每年在新藥研制上的投入達(dá)千億美元等級(jí)，但這些新研藥物進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)階段后，逾七成以失利告終，在比如腦部疾病等范疇，失利率乃至高達(dá)95%以上。
有沒有更好的辦法，讓研制變得更快、更省錢、更精準(zhǔn)？
近15年里，英格伯盡力用這個(gè)小小的“盒子”完成這一方針。
十多年前，當(dāng)他初次提出這個(gè)主意時(shí)，他曾料想有一天能夠構(gòu)建出全體系人體器官芯片——將一種口服藥物參加腸道芯片，調(diào)查它怎么被吸收；接著將其傳遞到腎臟芯片，研討藥物怎么被分泌；然后再傳遞到肝臟芯片，剖析藥物的代謝進(jìn)程；乃至能夠進(jìn)一步討論，這種藥物是否會(huì)對(duì)骨髓發(fā)生毒性，對(duì)肺部的癌癥有何影響……
歷經(jīng)多年攻關(guān)，他和團(tuán)隊(duì)已研制出肝臟、腸道、腎臟和骨髓等8種不同的器官芯片，經(jīng)過(guò)液體銜接的辦法完成其功用聯(lián)通，并可保持一個(gè)月的活性。一個(gè)更簡(jiǎn)化的版別——銜接3個(gè)器官芯片的人體芯片體系應(yīng)運(yùn)而生。
作為具有推翻性含義的前沿技能，人體器官芯片能夠怎么下降藥物研制本錢、進(jìn)步研制功率？
英格伯以肝臟芯片舉例道，研討結(jié)果顯現(xiàn)，在猜測(cè)藥物誘導(dǎo)的肝損害反響方面，肝臟芯片的準(zhǔn)確性比動(dòng)物試驗(yàn)高出7-8倍；在經(jīng)濟(jì)效益上，肝臟芯片每年可為制藥職業(yè)節(jié)省20億-30億美元投入，防止在臨床試驗(yàn)晚期因發(fā)現(xiàn)藥物誘導(dǎo)肝損害而形成的巨大損失。
人體器官芯片之裨益，不只在于經(jīng)濟(jì)上，還在于道德上。
英格伯表明，一家生物技能公司已在內(nèi)部運(yùn)用這些芯片來(lái)代替非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物試驗(yàn)。此舉在改變昂揚(yáng)本錢的一起，也規(guī)避了長(zhǎng)期存在的道德爭(zhēng)議。這家公司經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，測(cè)驗(yàn)相同數(shù)量的藥物，曩昔運(yùn)用非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物試驗(yàn)，需求五年時(shí)刻和520萬(wàn)美元；而現(xiàn)在運(yùn)用肝臟芯片，只需18個(gè)月時(shí)刻，本錢不到本來(lái)的1/10。
4個(gè)院士頭銜的跨界大牛
作為“學(xué)界大?！钡挠⒏癫瑐€(gè)人經(jīng)歷可謂“跨界”。進(jìn)入哈佛大學(xué)前，他在耶魯大學(xué)拿下自己人生的5個(gè)學(xué)位：學(xué)士、工程碩士、哲學(xué)碩士、醫(yī)學(xué)博士、生物學(xué)博士。而在執(zhí)教哈佛的40年里，他在科學(xué)、工程、醫(yī)學(xué)、藝術(shù)范疇均取得院士頭銜：美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)院院士、美國(guó)國(guó)家工程院院士、美國(guó)國(guó)家創(chuàng)造家科學(xué)院院士、美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士。
一起，英格伯也是企業(yè)家和創(chuàng)業(yè)者，他迄今創(chuàng)立了8家公司，是科研成果的“轉(zhuǎn)化王者”。其間，由他作為創(chuàng)立者之一、專心于研制器官芯片的公司，曾與美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）簽署協(xié)作研討與開發(fā)協(xié)議，推動(dòng)和驗(yàn)證其人體仿真體系。這家公司至今已至少籌募2.25億美元資金。
實(shí)際上，人體器官芯片的創(chuàng)造要從哈佛大學(xué)歷史上從前最大的一筆個(gè)人捐款說(shuō)起。
2009年，哈佛大學(xué)校友、瑞典籍億萬(wàn)富豪、醫(yī)療器械制造商漢斯約格·懷斯向哈佛捐獻(xiàn)了其時(shí)最大的一筆個(gè)人慈悲捐獻(xiàn)——1.25億美元，轟動(dòng)一時(shí)。這筆捐款只需一個(gè)方向：用于哈佛大學(xué)生物啟示工程懷斯研討所。
爾后，2013年、2019年，懷斯又分別向哈佛捐獻(xiàn)了1.25億、1.31億美元用于推動(dòng)懷斯研討所的跨學(xué)科研討。
英格伯介紹，懷斯捐獻(xiàn)要求只需一個(gè)：直面高風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)戰(zhàn)，尋求能帶來(lái)深遠(yuǎn)影響的打破。
“展望未來(lái)30年，雖然許多人以為咱們對(duì)天然的了解仍舊十分有限，但實(shí)際上咱們現(xiàn)已提醒了許多關(guān)于天然怎么從納米規(guī)范開端建構(gòu)、調(diào)控和制造的奧妙。咱們深入意識(shí)到，當(dāng)下正是一個(gè)要害的轉(zhuǎn)折點(diǎn)——咱們能夠推翻傳統(tǒng)的形式，運(yùn)用生物學(xué)的原理去創(chuàng)始全新的工程立異?！庇⒏癫f(shuō)，人體器官芯片規(guī)劃的初衷便是將人類器官的雜亂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，從天然中羅致創(chuàng)意來(lái)進(jìn)行工程規(guī)劃。
“咱們并不是要在試驗(yàn)室里重建一個(gè)完好的器官。我更喜愛把這些芯片比作一個(gè)器官首要功用單位的活體三維切片或截面?！庇⒏癫贿呎f(shuō)，一邊經(jīng)過(guò)顯微鏡展現(xiàn)“塑料小盒”的作業(yè)原理。在他看來(lái)，天然從來(lái)沒有把生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)或藝術(shù)劃分紅各自獨(dú)立的學(xué)科，因而，完成真實(shí)的立異、處理重大問題的要害，一直在于打破，要勇于直面那些看似無(wú)法企及的應(yīng)戰(zhàn)。
全球競(jìng)逐的商場(chǎng)藍(lán)海
人體器官芯片已成為世界生物醫(yī)學(xué)范疇一大技能前沿焦點(diǎn)。在我國(guó)，相關(guān)工業(yè)開展?fàn)顩r怎樣？
就在11月初，我國(guó)首個(gè)器官芯片范疇的國(guó)家規(guī)范《皮膚芯片通用技能要求》正式發(fā)布。皮膚芯片是人體器官芯片的一種。該規(guī)范首要規(guī)則了皮膚芯片的相關(guān)術(shù)語(yǔ)界說(shuō)，皮膚芯片的生物功能等技能要求，適用于以微流控芯片為載體的皮膚芯片產(chǎn)品的規(guī)劃、出產(chǎn)和檢測(cè)。
而在一年多前，全球首個(gè)人體器官芯片醫(yī)藥大模型由華為云推出。據(jù)官方材料介紹，該大模型結(jié)合器官芯片濕試驗(yàn)，可助力藥物研制全流程。團(tuán)隊(duì)針對(duì)上萬(wàn)個(gè)非肺癌藥物進(jìn)行挑選，找到新習(xí)慣證藥物并開端專利請(qǐng)求及研制；針對(duì)50歲以上患者來(lái)歷器官芯片印象組學(xué)和基因組學(xué)剖析，找到全新的結(jié)腸癌預(yù)后不良的形態(tài)學(xué)標(biāo)志物。
再追溯到三年多前，早在2021年1月，我國(guó)科技部就將“根據(jù)類器官的惡性腫瘤疾病模型”列為“十四五”國(guó)家要點(diǎn)研制方案中第一批發(fā)動(dòng)的要點(diǎn)專項(xiàng)使命。
作為我國(guó)首個(gè)器官芯片范疇國(guó)家規(guī)范的擬定牽頭人之一，東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院院長(zhǎng)、數(shù)字醫(yī)學(xué)工程全國(guó)要點(diǎn)試驗(yàn)室主任顧忠澤此前承受媒體采訪時(shí)表明，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)器官芯片研制發(fā)展與美國(guó)、歐洲相關(guān)團(tuán)隊(duì)齊頭并進(jìn)，在部分范疇領(lǐng)先于世界水平。人體器官芯片大模型在模型精度、節(jié)省藥物規(guī)劃時(shí)刻、下降研制費(fèi)用等方面都有了數(shù)量級(jí)的提高。
放眼國(guó)內(nèi)，布局器官芯片工業(yè)鏈的公司多在粵港澳大灣區(qū)和長(zhǎng)三角。皮膚芯片、肝芯片、肺芯片、腎芯片以及人體芯片等產(chǎn)品已紛繁出現(xiàn)。而在全球，現(xiàn)在商業(yè)化出產(chǎn)器官芯片的公司已有60多家。
一片藍(lán)海正在翻開。來(lái)自全球細(xì)分職業(yè)調(diào)研組織的陳述顯現(xiàn)，估計(jì)2024年至2030年，全球器官芯片商場(chǎng)年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)31.2%。
人體器官芯片從理念到實(shí)際，所指向的，將是醫(yī)藥研制范疇既有范式的革新。
英格伯舉了一個(gè)比如：挑選出50-100名肺癌患者，將他們的癌細(xì)胞“種”到肺芯片上，再制造肝芯片、腎芯片等。接著，用這些芯片來(lái)做藥物測(cè)驗(yàn)，找出哪些藥物對(duì)哪些患者作用最佳，一起對(duì)其他器官的毒性最小。然后，再選出這部分患者進(jìn)行一個(gè)小規(guī)模的臨床試驗(yàn)……“假如這套辦法能夠成功，就能以史無(wú)前例的速度、更低的本錢和更高的精準(zhǔn)性開宣布新藥?！庇⒏癫f(shuō)。他還泄漏，兩年前，美國(guó)經(jīng)過(guò)了一項(xiàng)觸及新藥研制前臨床試驗(yàn)中運(yùn)用試驗(yàn)動(dòng)物的“FDA現(xiàn)代化法案2.0”，其間已清晰，評(píng)價(jià)新藥請(qǐng)求時(shí)，答應(yīng)運(yùn)用微生理體系（例如器官芯片）等辦法數(shù)據(jù)代替動(dòng)物試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
這是否意味著器官芯片將可徹底代替動(dòng)物試驗(yàn)？英格伯對(duì)此抱持著科研人常有的審慎與達(dá)觀?！耙屨麄€(gè)職業(yè)改變現(xiàn)有的作業(yè)辦法還需求很長(zhǎng)時(shí)刻，但至少，這條路現(xiàn)已翻開了?！彼f(shuō)。
對(duì)話唐納德·英格伯
器官芯片能用來(lái)維護(hù)大熊貓嗎？
羊城晚報(bào)記者：人體器官芯片，工業(yè)化落地、商場(chǎng)化運(yùn)用還需求多久？
唐納德·英格伯：人體器官芯片現(xiàn)已商業(yè)化。早在10年前，咱們就創(chuàng)立了公司。在我國(guó)，不只能買到器官芯片和剖析芯片的東西，并且器官芯片現(xiàn)在現(xiàn)已在我國(guó)出產(chǎn)。
羊城晚報(bào)記者：個(gè)人能夠買器官芯片嗎？假如想買一個(gè)芯片，是不是需求自己的細(xì)胞？
唐納德·英格伯：能夠。芯片自身里邊是沒有細(xì)胞的。比如說(shuō)要開發(fā)新藥，能夠購(gòu)買芯片以及相應(yīng)東西來(lái)協(xié)助培育這個(gè)細(xì)胞。
羊城晚報(bào)記者：器官芯片技能假如能夠作為維護(hù)研討大熊貓的一種新視點(diǎn)和新東西，全球的其他稀有物種是不是也能夠運(yùn)用這樣的技能來(lái)加以維護(hù)？
唐納德·英格伯：任何類型的動(dòng)物只需能夠收集它的細(xì)胞，就都能夠運(yùn)用。比如說(shuō)山公，咱們現(xiàn)在正在做研討，把“模仿器官”放在芯片上，這樣能夠很有價(jià)值地協(xié)助咱們了解健康和疾病，了解不同基因集體或許亞種群的差異，對(duì)疾病感染以及生物符號(hào)做出確診。所以我覺得，器官芯片對(duì)研討維護(hù)各種動(dòng)物或許都會(huì)有優(yōu)點(diǎn)。
羊城晚報(bào)記者：要讀取芯片上的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)不簡(jiǎn)單？
唐納德·英格伯：活體試驗(yàn)?zāi)軌蜃龅?，器官芯片也能夠做，還能夠經(jīng)過(guò)熒光成像技能做實(shí)時(shí)的成像。從一個(gè)窗口看活體細(xì)胞組織里的狀況，能夠先從一個(gè)細(xì)胞、一類細(xì)胞開端，然后再到別的的細(xì)胞，就像動(dòng)物試驗(yàn)相同。經(jīng)過(guò)器官芯片能夠收集許多數(shù)據(jù)，但問題是怎么樣處理這些數(shù)據(jù)。
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