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“器官芯片”渐入佳境

动物实验在现代医学与生物学中占据了极其重要的地位,但经费以及伦理方面的争议也使其成为很多制药公司和研究人员心中“无法言说的痛”。不过,办法总比困难多,科学家们研制出了多种“器官芯片”,希望借用这些微芯片来复制人体器官的功能,使医学和药物实验变得更为简便,也避免动物实验引发的争议。

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随着技术的发展,“器官芯片”的作用和重要性日益彰显,获得了越来越多制药公司和科学家的青睐,但也有人担心,“器官芯片”是否“盛名之下,其实难副”,是否会重蹈很多曾经被寄予厚望但最终却难当重任的技术的覆辙,销声匿迹于技术史的故纸堆中。


“器官芯片” 锋芒初露


“器官芯片”并不是那种利用硅电子芯片进行人体器官模拟的模拟器,而是含有真正人体活体细胞的生物芯片。到目前为止,科学家们已经研制出了“肺芯片”、“心脏芯片”以及“肠芯片”等。


据英国《自然》杂志网站近日报道,现在很多研究人员都开始将这项“小荷才露尖尖角”的技术作为替代动物模型的一种方法;大型制药公司更是抢先一步,开始在药物研发中使用这些系统。


荷兰生物技术公司Mimetas的联合创办人保罗·伍尔特接受《自然》杂志网站采访时表示,该公司目前正同三家大型制药公司合作,测试自己研制的“芯片肾脏”。


美国强生公司则在上个月宣布,将使用生物技术公司Emulate研制的芯片血栓塞模型对目前正在进行实验的药物和已经获得批准的药物进行测试,以厘清这些药物是否会导致血栓。强生公司发现科学全球负责人达西晏特·达纳克说:“这项技术的发展真可谓一日千里,快得让我们吃惊。”


主要用于药物测试


“器官芯片”的支持者们表示,与在试管中培育出的平面细胞层相比,“器官芯片”是更为实用的人体模型,而且在新药研发和测试方面发挥的作用也更大。


尽管有公司正在研制此类“器官芯片”从而模拟患病的器官,但大多数公司所做的还是进行测试,测试目前的药物在芯片内的表现与在健康的人体组织上的表现是否一样。美国中佛罗里达大学的生物工程师詹姆斯·希克曼表示,任何新药都必须在健康的人体身上进行测试,以验证其安全性,使用试管器官或许有望消除或缩短这一过程。


全球性生物制药企业阿斯利康的药物安全科学家马修·瓦格纳则认为,这种芯片有望帮助公司确定药物安全有效的剂量。如果监管部门接受这样的数据,这一方法最终能让公司跳过直接在病人身上测试剂量的临床测试部分。


其他研究人员则希望使用“器官芯片”消除动物模型和人体之间的差异。瑞士罗氏制药公司试管安全研究部门负责人阿德里安·罗斯说,这样的比较非常有用,罗氏公司的实验性药物就被发现可能会导致实验鼠出现肝脏肿瘤。罗氏使用人和老鼠肝脏的试管模型获得的数据表明,导致肝脏肿瘤的机制在老鼠身上是独一无二的,如此一来,我们就必须在人体身上进行相应的研究。


同时,在医学界也经常遇到这样一种情况:某种药物通过了动物实验,却无法通过人体实验,因而无法真正投产上市,还造成了严重的浪费。如果药物研发机构直接使用“器官芯片”进行测试就可以省去动物实验步骤,不仅可以节省大量时间和金钱,还可以避免许多动物保护方面的道德问题。


未来如何 拭目以待


但也有人很担心,人们对“器官芯片”抱的期望太大了。罗斯说,如果它最终被证明无法达到人们过高的期望,制药公司就会摒弃这一技术,重蹈很多曾经“煊赫一时”但最终销声匿迹的技术的覆辙。罗斯强调:“作为一家制药公司,你必须要非常务实,不要幻想这种‘器官芯片’能一下子取代所有的动物模型。”


还有其他原因让人犹豫不决。在波士顿举办的大会上,尽管很多发言人通过实验展示他们研制出的“器官芯片”对药物的反应与人体器官一样,证明了它们的功能。但也有人提出,“器官芯片”的使用可能会受到较大的限制。从目前看来,“器官芯片”只能植入单一类型的器官细胞,而人们利用动物进行药物测试的一大原因是可以观察到药物对整个生命系统的作用,各种器官之间的相互作用是其中非常重要的因素,而“器官芯片”能不能进行组合实验仍是个未知数。所以,这种新型实验芯片未来能否真正取代动物实验,还有待时间验证。


即使在测试药物方面,这种“器官芯片”可能也会遇到拦路虎。比如,当将多款“器官芯片”组合在一起时,也很难测试一种已知药物可能对整个系统产生的影响。


不过,很多制药公司表示,这种“器官芯片”现在非常先进,值得投资并进一步优化。政府监管部门也对此感兴趣。美国国立转化科学促进中心(NCATS)将于今年秋天召集会议,讨论“器官芯片”的用法。


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