江苏南京：芯片上造“器官”，用“替身”来试药

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。

跨界融合，让事情有了新进展。东南大学的器官芯片在华为云盘古药物分子大模型的“加持”下，不仅可以对患者更精准的“动态仿真”，还能解析疾病相关的生物分子信息，寻找潜在的新药靶点，其高通量的筛选能力，助力实验效率大大提升。

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。

据悉，目前，研究院人体器官芯片培育的结直肠、胰腺等器官的成功率均高于80%，项目已从基础研究进入临床应用阶段。去年，东南大学还牵头相关单位发起了皮肤器官芯片的国家标准，顺应出口欧洲的化妆品取消动物实验的要求。展望未来，器官芯片将逐渐替代动物实验，人类的健康状态甚至可以在“阿凡达”替身上预演，从而获得健康预警，方便医生制订个性化治疗方案。

于文龙透露，2022年11月，江苏健康产业研究院正式入驻江宁高新区，半年多时间就集聚了20多个团队，与50多家生态企业形成合作，目前孵化注册的6家企业注册资金6000万元。预计5年内研究院将累计完成科研合同总额2.5亿元、累计孵化和引进项目50个、平台项目累计产值超50亿元，实现在宁打造100亿元的运动健康产业生态圈。