追风逐浪看湖北｜跨越物种鸿沟，芯片上“种”出“微缩器官”

湖北日报全媒记者余瑾毅 通讯员张梦石 谯玲玲

在湖北省武汉市第一医院（武汉市中西医结合医院）的种实验室里，一种特殊的追风逐浪种鸿“芯片”正开辟着一条从替代小白鼠到精准医疗的新航道。这种“芯片”并非电子元件，看湖而是北跨能模拟人体器官功能的“类器官芯片”，通过在生物芯片上培育人体细胞，越物形成微缩版的沟芯官皮肤、肝脏、片上肾脏等器官组织，出微结构与功能高度接近人体生理状态。缩器

类器官芯片

芯片里“种”人体细胞，新药研发告别“小白鼠”时代

像一块透明的追风逐浪种鸿乐高积木，芯片内布满细微的看湖通道和腔室，用于灌注器官细胞。北跨每块芯片的越物诞生，就像播种。沟芯官武汉市第一医院皮肤科主任陈柳青形容，想要获取皮肤器官芯片，就“种下”皮肤细胞，想要肝脏器官芯片，就“种下”肝脏细胞。

“种子”不同，类器官芯片会长出不同的模样。陈柳青介绍，该芯片分为多器官芯片和单器官芯片。当一块芯片上集合了多个器官的细胞，就能模拟出人体器官微环境，在体外构建出具有生理功能的微型器官系统，犹如一个“迷你版”的人体实验室。

这个实验室，因采用人源细胞，获得的研究成果比动物更接近人体真实生理状态。

“无论是小白鼠、猪甚至灵长类动物，即使基因再接近，也有难以跨越的物种鸿沟。”陈柳青说，动物的代谢水平和基因背景会导致实验数据不够准确，很多在动物身上的实验再成功，一旦用于人体，常会失败。每一种新药的研发，都是不断地试错。所以新药的研发才有“3个10”的说法：10年花费10个亿，成功率只有10%。

出于动物伦理、研究成本的考虑，欧洲在化妆品研发领域早些年就已经不再采用动物实验。近期，美国食品和药品管理局正式批准韩国新罗珍公司提交的抗癌联合疗法临床试验申请。其核心疗效数据完全来自美国奎瑞特公司的人源血管化类器官模型。这是全球首例单纯依靠类器官数据通过新药临床试验申请的案例，标志着生物医药研发迈入无动物实验的新阶段。

武汉市第一医院从2023年皮肤类器官芯片入手，现已成功构建出特应性皮炎、皮肤瘢痕、脂肪肝、药物性肝损伤等20余种疾病模型。

“在这些模型中，我们可以看到药物是否起效、如何起效，可以替代小白鼠为人类测试新药，让新药研发走上快车道。”陈柳青说。

实验人员正“种下”细胞

告别“试错疗法”，定制患者“药前体检”

在各种疾病的治疗中，患者常面临多种药物的选择，可哪种最有效，依然需要尝试，不得不付出时间和经济成本。陈柳青由此勾画了一幅未来图景：在治疗前，医生先取用患者器官的疾病细胞，制作出独一无二的器官芯片，让芯片代替患者试药。

该院工程师杜坤曾取用疤痕皮肤的细胞，“种”在皮肤芯片中，7—10天培育出疤痕皮肤组织，再利用光动力治疗后，显微镜下的疤痕皮肤组织逐渐舒展。

“这说明光动力这种新疗法对疤痕有效，治疗更为精准。”杜坤说。

作为国家中西医协同“旗舰”医院试点项目建设单位，武汉市第一医院将把芯片用于中药机理研究，明确药物靶点。在再生医学领域，类器官芯片未来可在体外构建毛囊类器官，或可实现批量培育并移植回人体。

作为全国化妆品不良反应监测中心，该院的芯片还将用于化妆品功效评价。

目前，该技术已在全国3家科研机构投入试用，也有企业与该院洽谈使用该技术用于护肤品成分有效性的检测。

“会痛会痒”的替身芯片，无限逼近真实人体

虽然芯片高度接近人体生理特性，但与人体的真实器官尚有差距。“皮肤有血管、毛囊、汗腺、脂肪，肝脏有各种特殊细胞，但现在的类器官还做不到这么精细。”陈柳青说，持续攻关的方向就是让类器官芯片无限接近真实人体器官的结构与功能。

“在皮肤类器官芯片领域，我们在前沿领域不断攻坚。”陈柳青自豪地介绍，很多研究团队只能做到结构仿生，但难以达到多种功能的仿生。其团队的皮肤类器官芯片不仅有表皮和真皮仿生结构，还有皮下血管，甚至还有T细胞、巨噬细胞等免疫细胞，功能日益接近真实器官。

近期，该团队再次取得阶段性进展，让芯片具备了神经功能，这意味着芯片甚至可以和人体一样，模拟痛觉、痒觉等信号响应。

“这样的芯片能动态响应刺激，为神经性疾病、药物毒性研究提供更精细的模型。比如为饱受特应性皮炎、银屑病等疾病的患者，筛选最合适的治疗方案。”杜坤说。

每一次进展的背后，都是无数次的尝试。“从设计芯片、灌注细胞，到养细胞、调配方，每一步都难，我每天都在不断尝试。”杜坤说。但随着该芯片相继申报8项专利，杜坤早已“对挫败无感”，只有对未来的执着。

陈柳青介绍，将采用AI融合技术，实现人工智能自动化分析海量实验数据，将药物研发效率提升数倍，实现高通量筛选。她大胆预测，未来甚至可推动研发“患者专属芯片”，实现个人化的健康管理。