芯片上造“器官”，用“替身”来试药
可加速新药研发，也可比对多种用药方案，助力临床精准治疗
□南京日报/紫金山新闻记者张希
通讯员江高轩
在芯片上造“人体器官”，听起来是不是很神奇？记者6月30日从位于江宁高新区的江苏运动健康研究院了解到，器官芯片正在成为迷你“阿凡达”，将“替身”试药变为现实，助力新药研发、精准医疗。
细胞“住客”搬进“迷你楼宇”
电影《阿凡达》讲述了人类为获得遥远的潘多拉星球的资源，将人类与纳美人（潘多拉星球土著）DNA混血，培养出身受人类意识控制的阿凡达，派往潘多拉星球做卧底的故事。科幻电影里的玄幻情节，在生物学领域被科学家变成现实。在江苏运动健康研究院实验室内，一个U盘大小的透明芯片上，“流动”着薄膜、导管，微缩版的人体器官在方寸间生长。
江苏运动健康研究院常务副院长于文龙介绍：“这是被达沃斯世界经济论坛评为‘世界十大新兴技术’的人体器官芯片。手机用的是硅基芯片，而器官芯片是碳基芯片，最大特点是‘活’的。”借助细胞培养、3D打印、微流控等技术，盖出模拟人体环境的“迷你楼宇”，辅以氧气、二氧化碳、培养基等微环境，再植入不同的细胞“住客”，即可模拟出跳动的心脏、呼吸的肺、流动的血管……
自2011年美国率先组织发展器官芯片联合项目以来，世界各国掀起器官芯片研发热。江苏运动健康研究院于2021年12月成立，是由东南大学、南京市和江宁区人民政府、华为公司、江苏省产业技术研究院等多方合作共建的事业单位，研究院以运动健康为切入口，在医疗及可穿戴设备、人工智能制药等方面加速一批科技成果在南京产业转化。
器官芯片是研究院的研究方向之一，东南大学顾忠泽教授团队于2012年启动研究，目前已成功构建了肿瘤、皮肤、心脏、血管等多种器官芯片，在高精度跨尺度三维打印、功能性细胞外支架材料、细胞力成像、人工智能算法等关键核心技术上实现自主可控，处于国际领先水平。
芯片替代动物，打破新药研发“双十定律”
器官芯片究竟有什么作用？
记者了解到，在新药研发领域有一个著名的“双十定律”，指的是一款创新药从研发到上市，平均成本超过十亿美元、研发周期大于十年。传统药物研发模式，不仅耗时耗力，而且失败率极高，业内形象将新药研发比喻成“赌石”，选定石头的那一刻，成败就已注定。
器官芯片的横空出世，为新药研发带来突破口。于文龙说，让药企倍感难熬不仅仅有“双十定律”，还有居高不下的失败率。药物研发前期通常要做动物实验，虽然猴子跟人的相似度接近90%、小鼠大约有70%-80%，但不同种群之间的差异，导致当实验推进到人类临床阶段，会发现动物模型验证的内容在人体并不完全奏效。
迷你“阿凡达”，打造“人体替身”
除了新药研发，器官芯片打造出一个个的现实版阿凡达“人体替身”，还可以为肿瘤病人提供精准治疗方案，为化妆品用户提供精准化筛选。
“肿瘤病人的生存期相对比较短，即使治疗指南中有很多药物可以选用，但最终的用药只能依据医生的经验进行，往往药物无效后，病人的身体状况可能已没有新的用药机会。”于文龙说，因为器官芯片具有人源性、高通量、低成本的特性，针对肿瘤病人可以在体外2—3周内培养出与病人同源的病理模型，一次性完成几十个药物7个浓度的实验，可为医生针对具体病人提供精准治疗方案参考。