LOT芯片潜力-

器官芯片，虽然也称为“芯片”，但与半导体硅芯片没有任何关系。器官芯片技术是在现有单层2D细胞培养和3D类器官培养技术基础上发展出来的新式细胞培养技术。其目的是最大限度的模拟特定组织器官的高级功能。器官芯片一词直接翻译自Organ Chips或Organ on a Chip。另外，在文献中，还有Human on a Chip、MPS（Microphysiological systems，微生理系统）等近似的名称。并且和经典的3D类器官培养有相似之处。某些文献将器官芯片和类器官也混为一谈。传统的2D细胞培养，细胞缺乏立体结构。经典的、单纯采用悬滴法或基质胶包埋方法进行的3D细胞培养，虽然能得到拥有一定程度立体结构的微组织块，但通常采用的细胞类型单一，缺乏不同类型3D微组织块间的相互串联。且在检测3D细胞对药物的反应，即“输入”和“输出”时，都过于简单，而且对微组织块的反应，缺乏全面的检测。本期我们将盘点近期关于此项技术的最新进展，以供大家参考：

【1】FDA将不再要求人体临床试验前进行动物实验

2023-01-05报道，2022年12月底，美国总统拜登签署法案，新药不需要在动物上进行试验也能获得美国FDA的批准。

有一些医药公司对FDA的动物实验要求感到恼火，认为动物实验花费了大量研究经费，减缓了药物开发速度，并使得最终进入市场的药物价格变得昂贵得多。例如，2019年，Vanda公司就曾起诉FDA，指控其要求在狗身上进行抗恶心药物的额外毒性测试是不合理的，但2020年该公司败诉，法院的理由是当时管理FDA药物评估的法律要求了动物试验。

而现在，这个要求已经不复存在了。美国两名参议员认为动物实验效率低下且不人道，他们提议对相关法律进行修改，2022年9月，美国参议院同意了这一修改，2022年12月，美国总统拜登签署了这一法案。

但这一法案的通过，也带来了一些新的担忧，非动物的实验方法无法识别到药物可能给人类带来的所有风险，例如，我们可以把一种候选药物在肝脏器官芯片或肝脏类器官上进行测试，看到这种药物没有损伤肝脏细胞，但我们无法从中预知该药物是否会让人咳嗽、是否会损伤肠道或大脑等其他器官。

FDA首席科学家 Namandjé Bumpus 表示，FDA支持有科学依据的动物实验替代方法，当替代方法准备就绪时，FDA支持跳过动物实验，但需要提供必要的数据证明产品的安全性和有效性，FDA也将继续鼓励研究动物实验替代方法的研究人员向FDA提交他们的工作。

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尽管如此，目前尚不清楚这一新法律将在多大程度上改变FDA当前的情况。尽管立法允许FDA可以在没有进行动物试验的情况下批准一种药物进行人体临床试验，但它并没有要求FDA必须这样做。更重要的是，FDA的毒理学家是出了名的保守派，他们更喜欢动物实验，部分原因是这可以在动物安乐死后检查药物在各个器官中的毒性作用。

【2】Xellar Biosystems完成千万美元级天使轮融资，AI+高通量器官芯片打造细胞三维图像的自动化药物发现平台

2022-08-31报道，近日，基于高通量器官芯片与人工智能结合进行药物发现的3D-Wet- AI初创公司Xellar Biosystems耀速科技宣布超额完成千万美元级的天使轮融资，由君联资本，真格基金与雅亿资本共同投资。据悉，本轮融资将用于耀速科技波士顿中心研发团队的扩充与亚太中心的建立，高通量器官芯片湿实验平台与人工智能三维细胞图像分析平台的搭建。耀速科技2021年底创立于美国波士顿，据了解是全球首家利用器官芯片结合高内涵三维（3D）细胞成像，计算机视觉（CV）和人工智能（AI）进行药物发现的“3D-Wet-AI”生物科技初创公司。

【3】科学家成功开发出能“高仿”患者生理学的“多器官芯片”！

2022-05-05报道，发表在《Nature Biomedical Engineering》（IF=25.671）上的一项新研究中，来自美国哥伦比亚大学的研究团队通过十年研究，成功利用工程化的人类心脏、骨骼、肝脏和皮肤组织开发出一种即插即用的多器官芯片，革命性地改进了癌症和其他疾病的模型。该系统可以高度保真地模拟患者的生理学特性，从而为患者提供个性化药物或疗法的测试结果。这项技术为改进药物开发开辟了新的途径。

研究通讯作者、哥伦比亚大学生物医学工程系Gordana Vunjak-Novakovic教授说："这对我们来说是一个巨大的成就。我们为此花了十年的时间，进行了几百次的实验，探索了无数伟大的想法，期间创建了许多原型。现在，我们终于开发出了这个平台，它可以成功地捕捉体内器官相互作用的生物学特性。” 在人体内，每个器官都保持着自己的环境，同时通过携带循环细胞和生物活性因子的血液流动与其他器官相互作用。研究人员表示，在保持个体表型的同时，提供组织间通信一直是一个重大的挑战。为此，该团队设计了这个多器官组织芯片。它包含心脏、骨骼、肝脏和皮肤。这些器官组织具有截然不同的胚胎起源、结构和功能特性，抗癌药物尤其会对它们产生负面影响。因此，这些器官组织都对疾病建模和药物测试具有重要意义，

【4】首个由人体组织制成的多器官芯片，可为患者定制，改善癌症等疾病治疗

2022-05-05报道，近日，美国哥伦比亚大学的研究人员在 Nature 子刊 Nature Biomedical Engineering 上发表了题为：Amulti-organ chip with matured tissue niches linked by vascular flow 的封面论文。该研究开发了一种即插即用、只有显微镜载玻片大小的多器官芯片。该芯片由心脏、骨骼、肝脏和皮肤等工程组织构成，它们通过血管流动与循环免疫细胞相连，从而实现相互依赖的器官功能的再现。更重要的是，这种多器官芯片可以为患者量身定制，由于疾病的进展和对治疗的反应因人而异，这种芯片最终将使对每个患者的个性化优化治疗成为可能。

该项目的负责人、哥伦比亚大学教授 Gordana Vunjak-Novakovic 说道：这对我们来说是一个巨大的成就，我们花了十年时间进行了数百个实验，探索了无数伟大的想法，建立了许多原型，现在我们终于成功开发了这个平台！

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从器官芯片的特点出发，我们认为符合以下全部或部分特征时，才能称之为器官芯片：

1. 培养了一种或多种类型的细胞。细胞种类多时采用混合培养或串联培养；

2. 细胞培养完成后通常具有一定的立体结构，并与特定的体内组织或器官结构类似；

3. 通常能模拟人体组织器官的部分高级功能，而这一高级功能在普通的2D培养或3D培养中通常无法实现；

4. 方便的“输入”和“输出”。“输入”是指对芯片上细胞的处理，尤其是高通量的加药处理。“输出”是指对芯片上细胞反应的检测；

5. 输出结果处理、分析和解读。

例如，以肺组织芯片为例，首先在结构上，通常采用气液界面培养以模拟呼吸道上皮组织结构；在检测时，也要考虑怎样全面检测呼吸道的功能，比如分泌粘液、纤毛运动、紧密连接屏障功能等。同时，对肺组织芯片反应的检测，也会产生大量超出常规的数据，比如纤毛运动怎样量化、粘液分泌功能的检测和量化。因此，器官芯片进一步对实验结果的数据分析提出了更高的要求。

目前以及未来一段时间内，对器官芯片的需求，一方面来源于基础科学研究领域，研究不同种类的细胞组织器官的相互作用以开发更先进的器官芯片。另一方面来源于制药领域。在新药的筛选阶段，用器官芯片进行高通量的化合物或生物药的筛选。或在药品上市前，用器官芯片替代传统的动物实验，用于药品的安全性评价。用人体细胞的器官芯片进行药物的安全性评价，这对于动物保护和福利、提高药品质量拥有巨大价值。

本报告将对此前沿领域进行介绍，重点进行器官芯片全产业链条的技术分析，探讨特定器官芯片应达到的参数与标准，分析了目前国内外的市场主要参与者及其产品，并对器官芯片的未来发展方向进行展望和预测。

一、器官芯片概述

1. 器官芯片的研究历史

2. 器官芯片市场规模预测

二、器官芯片全产业链条的技术分析

1. 器官芯片的细胞来源

2. 建立立体、多联、易观察和检测的培养方式

3. 微型化培养系统与给药系统

4. 检测指标参数的选择与配套检测设备

5. 数据分析与AI的使用

三、器官芯片应达到的参数与标准

1. 肝组织芯片