里程碑！科学家造出芯片人体器官 ，可代替动物进行药物试验

为什么我们常常以小白鼠作为医学研究的对象？

为什么医学院的学生都要以兔子或青蛙作为解剖对象来练手？

即便有动物保护组织长期为这些“饱受摧残”的小生灵奔走呼吁，但对于人类而言却实在没有更好的办法，用这些动物来进行药物实验或试验新的手术术式已经是无奈之举。

没错，长期以来困扰着医学工作者的一大难题，正是实验对象的缺乏——实验动物和动物模型短缺和供不应求永远是新药上市前难以逾越的最大关口之一。

为此，医学研究机构或药企不得不花重金寻觅愿意“以身试药”的志愿者，而尝试新的手术方案的患者也往往被许诺以十分优厚的诊治费用减免。

动物模型毕竟与人类存在着相当的差距，但是用人体作为病理研究的对象却严重违背了医学伦理。两难之下，未来医学又有怎样的出路？

利用人类诱导多能干细胞（iPSC）衍生的人类“类器官”（Organoids），为全球的医学工作者送来了福音。

我们在科幻影视作品中看到的场景很可能在不久的将来就会成为显示：浸泡在营养液中的一小簇细胞正在以肉眼可见的速度增殖、分化，充满了生命的律动，纯净透明的玻璃器皿中已经盛放有迷你的肝、肾脏和微型大脑，整装待发，等着被运送到手术操作间，为病患替换下已经衰朽的器官。

干细胞生物学和组织工程学作为前沿医学中最有科技含量的部分，能够按医疗需求“生产”适配性绝佳的替换器官，而无须如此前建立庞大的骨髓库或器官库，更妙的是，它能够为药物研发提供完美的受试者，从此不必担负道德伦理的谴责。

干细胞培养类器官技术始于2009年，由荷兰Hubrecht研究所的Clevers团队成功的将成体干细胞培养成为小肠的隐窝和绒毛结构。

自此之后，日本、德国、美国的科研人员分别构建出肝芽、迷你肾和微型大脑，使该领域获得了国际的广泛关注，并被Science评选为2013年的十大突破之一[1]。

在类器官技术之上，更新、更复杂的类器官——创新器官芯片技术（Organs-on-chips，OoCs）将类器官技术的应用空间拓宽到极为广阔的地步，这种技术有望颠覆整个药物临床前研发的常规流程。

简单来说，器官芯片通过微流控、微加工、干细胞、材料和生物组织工程等技术门类的交叉融合，实现了体外构建微缩人体器官模型的奇迹，而整个过程的核心是利用计算机微芯片构建和模拟人体组织微环境。

这种模拟的精度和可控性都要明显优于动物实验，它消弭了人体和动物体之间的种属差异，可以尽可能准确而透彻地评估不同药物的代谢产物、对人体的毒性[2]。

一言以蔽之，有了创新器官芯片技术，医学研究者以往不敢下的“狠手”，如今可以放心大胆地下手试验了。

许多药物服用说明书上“尚不明确”的副作用和负面反应，现在也能够直观感知和精确评价了。

近日，类器官领域的发展迎来重要的里程碑：美国FDA首次完全基于在人类器官芯片研究中获得的临床前疗效数据，与已有的安全性数据相结合，批准一款在研疗法进入临床试验。

这一突破有可能为上千种没有动物模型的疾病提供支持临床研究的新渠道。

器官芯片的成型，离不开干细胞的助力。利用成体干细胞或者多能干细胞进行体外3D培养是目前医学界获得类器官的主流方法，而要想完美替代动物模型，还需要将多个类器官连携起来，构筑一个富有协同联动性的微生理系统（MPS），从疾病的建模、药物吸收与代谢、排泄等多角度评析疾病机制。

例如，我们可以利用多能干细胞（hPSCs）来源的脂肪细胞培育出脂肪组织，配合悬滴板、低吸附板使其生长为球状体，又或者配合SVF细胞与其它细胞在基质胶中生长，形成血管化的脂肪类器官[3]。

又如，通过将Lgr5+干细胞与Wnt激动剂R-spondin一起在基质胶中培养，所得囊肿样结构可进一步分化为有功能的肝细胞。

当然，除成体干细胞之外，也可利用诱导多能干细胞（iPSCs）生成肝类器官，依据不同的培养条件，医学研究者可以得到肝芽、肝细胞类器官、胆管细胞类器官、肝胆类器官、多细胞肝类器官和肝-胆-胰脏类器官等不同构造和复杂度的类器官，以适配于不同的研究需求。

美国FDA已批准许多成熟应用的生物前沿技术，诸如基因编辑、多组学、单细胞测序、冷冻电子显微镜等都可以与类器官技术发生深度交融，有干细胞培养技术打牢了根基，我们才能对疾病模型、药物研发、精准医学、发育生物学等学科中的遇到的各种选择、筛选、临床试验有所掌控。

随着各种新型类器官培养成功，医学界还将眼光投向了肝胆以外的组织器官，大脑、皮肤、胰岛等难觅移植源的器官在未来也能走上按需培育、按需供应的正规化医疗道路。

但由于干细胞来源和个体来源的多样性，针对具体病患培育的类器官还需要克服标准化和特殊化的关隘。

类器官与干细胞技术在生物医学和再生医学领域具有广阔的应用前景，但距离大规模临床应用还有一段路要走[4-5]。

[1]https://www.163.com/dy/article/H0Q5FF2T0552ZCTF.html

[2]https://view.inews.qq.com/a/20220308A01CDE00

[3]https://baijiahao.baidu.com/s?id=1743682141977479594&wfr=spider&for=pc

[4]周永杰,石毓君.类器官研究进展及展望[J].中国普外基础与临床杂志,2022,29(06):716-718.

[5]赵冰.类器官在器官移植领域的应用前景[J].器官移植,2022,13(02):169-175.

[6]俞东红,曹华,王心睿.类器官的研究进展及应用[J].生物工程学报,2021,37(11):3961-3974.DOI:10.13345/j.cjb.200764.

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