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長江日報 2025-08-10 16:50:56
一般藥物研發(fā)，從實驗室到臨床應(yīng)用，是一個漫長的過程。
藥物發(fā)現(xiàn)、細胞實驗、動物實驗、臨床試驗等步驟環(huán)環(huán)相扣、科學(xué)嚴謹。
也有這樣一種小物件，能在方寸間納入血管、皮膚、肝、腸、腎等多種“微縮版”人體器官。
每個微器官都擁有獨特的細胞類型和微環(huán)境，能夠模擬人體內(nèi)血液循環(huán)、細胞間相互作用等復(fù)雜生理和病理過程。
這種物件，就是武漢市第一醫(yī)院研發(fā)的類器官芯片。高仿生的類器官芯片能覆蓋藥物開發(fā)中的細胞實驗和動物實驗等臨床前研究階段環(huán)節(jié)，即替代細胞模型和小白鼠來替人類試藥，安全提高實驗效率。此外，在臨床治療中，面對多樣化的藥物選擇，類器官芯片可替代患者篩選出合適的藥物，提高臨床療效。
陳柳青教授（左）與團隊成員討論芯片上的皮膚組織形態(tài)。記者胡冬冬 攝
器官芯片來了
研發(fā)者說：大大降低了研發(fā)周期和實驗成本，提高實驗數(shù)據(jù)準確度
講述人：武漢市第一醫(yī)院科教處處長、皮膚科主任陳柳青教授、武漢市第一醫(yī)院醫(yī)療裝備科工程師杜坤博士
類器官芯片分為多器官芯片和單器官芯片。
這個厚實一點的、U盤大小的塑料片，就是能替代小白鼠為人類試新藥的多器官芯片。你再湊近仔細看看，還能看到其內(nèi)部有多個小孔和通道。其實，它就是一個集成裝置，我們把從人體取出的器官組織或細胞種進這些小孔里，培養(yǎng)一兩個星期，它們就能像種子一樣長成一個“微縮版”的器官。
武漢市第一醫(yī)院陳柳青教授、杜坤博士團隊研發(fā)的不同類型的器官芯片。記者胡冬冬 攝
這些小孔和通道相互連接，使它不僅能模擬單個器官的功能，還能模擬器官間的交流。因此，多器官芯片可以模擬人體內(nèi)血液循環(huán)等復(fù)雜生理和病理過程。它在新藥研發(fā)中替代細胞及動物試驗，大大降低了研發(fā)周期和實驗成本。目前，這款多器官芯片已集成血管、皮膚、肝、腸、腎等多種“微縮版”人體器官。
再來看這個如拇指般大小、薄一點的塑料片。這是單器官芯片——皮膚芯片。別小看這方寸之間的小小芯片，只需取10微升從皮膚樣本里提取和分離的細胞組織種到芯片中，經(jīng)過7到10天的精心“喂養(yǎng)”，樣本細胞將長成具有表皮和真皮分層結(jié)構(gòu)的球體皮膚組織，成為人體外的類器官組織。
培養(yǎng)中的皮膚器官芯片。記者胡冬冬 攝
“種”出一塊皮膚有什么用？舉個例子來說，比如在化妝品人體功效評價中，我們先要構(gòu)建動物皮膚模型，然后反復(fù)涂抹測試產(chǎn)品并進行效果比對，整個過程耗時數(shù)月且成本高昂。
動物和人存在種群差異，其代謝水平和基因背景讓實驗數(shù)據(jù)不夠準確。皮膚芯片構(gòu)建的組織功能單元仿生度超過80%，能很好地解決這個問題。
杜坤博士在顯微鏡下觀察皮膚器官芯片。記者胡冬冬 攝
就是因為類器官芯片很“透明”，所以它還在疾病的個性化治療，尤其是為腫瘤患者的精準抗癌打開了一扇窗。在透明芯片內(nèi)，癌細胞如何穿透血管、如何在血液中“漂流”、怎樣精準錨定特定器官，這些關(guān)鍵步驟均可通過顯微鏡實時觀測。當(dāng)在芯片內(nèi)加入實驗藥物后，我們能直接用顯微鏡觀察到藥物是否能阻斷癌細胞的擴增和轉(zhuǎn)移，相當(dāng)于為抗癌藥效裝上了“透視眼”，避免了傳統(tǒng)的“試錯治療”，讓精準抗癌成為更直觀的、可視化的研究。
目前，我們研究團隊已成功構(gòu)建了特應(yīng)性皮炎、皮膚瘢痕、脂肪肝、藥物性肝損傷等20余種疾病模型。
大眾點評：真正實現(xiàn)了科學(xué)評價與倫理優(yōu)化的雙贏
講述人：廣東省科學(xué)院生物與醫(yī)學(xué)工程研究所、醫(yī)學(xué)實驗與健康評價中心主任吳彩霞
過去在檢測化妝品、美容儀促進膠原蛋白生成的效果時，我們團隊主要依賴動物實驗。這類檢測不僅周期長達數(shù)周，每項局部皮膚分析都需要單獨構(gòu)建動物模型，實驗資源消耗量大。
如今，通過引入皮膚芯片，我們在顯微鏡下就能實時觀測膠原蛋白纖維的生長密度和排列結(jié)構(gòu)，單次檢測效率大幅提升。又如在美白產(chǎn)品的篩選檢測中，我們可定向培養(yǎng)含黑色素細胞的皮膚芯片，直接觀察不同成分對色素沉積的抑制過程。
這些透明化的“皮膚微實驗室”，既保留了人體皮膚代謝的真實反應(yīng)，又讓研發(fā)擺脫了對傳統(tǒng)模型的依賴，真正實現(xiàn)了科學(xué)評價與倫理優(yōu)化的雙贏。
整理|記者劉越
通訊員| 張夢石 譙玲玲
制圖| 職文勝
責(zé)編：李傳新
一審：李傳新
二審：楊丹
三審：劉文韜
來源：長江日報
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