2024年11月7日莱德伯特在北京维景国际大酒店举办“创新驱动，跨界融合—器官芯片在生物医学与药物开发领域的应用与展望”闭门论坛圆满落幕！

在本次会议中，我们荣幸地邀请到了美国国家工程院院士、哈佛大学Wyss生物工程研究所的创始所长、Emulate, Inc.的学术创始人及董事会成员Donald E. Ingber院士；北京大学第三医院的教授、博士生导师、医学创新研究院基础医学研究中心主任、中心实验室主任、生物样本库主任、肿瘤中心副主任薛丽香教授；广州国家实验室的研究员、博士生导师马宁老师；以及北京航空航天大学北京市生物医学工程高精尖创新中心的副教授、博士生导师郑付印教授。专家们围绕着“近年来器官芯片技术在疾病建模及药物研发领域的突破与发展趋势”这一主题进行了深入的讨论。本文是根据圆桌讨论的内容整理而成。

参会嘉宾从右至左：

·主持人：Emulate亚太区总经理吕哲女士

·广州国家实验室研究员、博士生导师马宁老师

·美国国家工程院院士、哈佛大学Wyss生物工程研究所的创始所长、Emulate,Inc.的学术创始人及董事会成员Donald E. Ingber院士

·北京大学第三医院教授、博士生导师、医学创新研究院基础医学研究中心主任、中心实验室主任、生物样本库主任、肿瘤中心副主任薛丽香教授

·北京航空航天大学 北京市生物医学工程高精尖创新中心副教授、博士生导师郑付印教授

论坛内容：

吕总：各位谈谈对器官芯片的看法？

郑付印教授：器官芯片向我们展示了一种新型的科研技术，可助力于新药研发和疾病建模，在市场上有着良好的发展前景。

薛丽香教授：我曾开展过类器官药物活性测试，目前正尝试构建新的实验模型，比如借助Emulate设备来引入机械拉力，并且通过调控机械力的强度和频率，来研究不同环境下两种细胞的互作情况。在我看来，器官芯片虽然在仿真度方面优于类器官，但其自身依旧存在有待改进的地方。我们会全力收集各类证据与数据，推动这些新技术迈向更长远的发展道路。

马宁研究员：器官芯片属于体外微观生理系统。我们期望借助该系统模拟人类生物学，构建一个可在物理层面上概括人类结构与生理特性的模型，从而为相关研究与应用提供更有力的支撑。

Ingber院士：我想和大家分享很多关于这个话题的内容。首先，类器官并不是真正的器官，它更像是一个组织。一般来说，类器官是一种能够模仿细胞分化过程及形态变化的组织模型，其在人体仿真度上高于传统的2D细胞培养模型。类器官具有较高的通量，可用于药物筛选。但是类器官缺少组织微环境，这对于癌症研究来说非常重要，因为微环境的缺失可能会导致截然不同的研究结果。微环境包括周边组织、主导细胞、微生物群落、机械力和流动等因素，而这些因素都可以在Emulate器官芯片上得到实现。

其次，该领域存在很多问题，由于任何带有细胞的芯片或培养皿都被称作器官芯片，这导致了定义上的模糊。有时，其微生理系统并不都具有流动性。在我看来，器官芯片应该具备微流体的特性，且不应该仅限于单一的组织类型。当然并不是每个人都会同意我的观点，但我认为，使类器官处于流动状态会增强其生存能力，却无法实现与环境进行真正的互动，氧气仍然需要以扩散的方式进入到球体的内部。在这种情况下，无法培养微生物组、无法进行免疫招募。尽管类器官可以取代96孔板，提供更高的通量，但想要取代动物实验，那么我认为我们需要的是器官芯片。

吕总：从2022年开始，美国政府通过了现代化法案2.0，其中明确规定，在临床前阶段，可以使用器官芯片替代动物模型。在过去的两个月中，监管方面有许多进展。美国FDA药物评审与研究中心（CDER）接受了新药创新科学和技术方法（ISTAND）项目的首份针对器官芯片技术的意向书（LOI）。中国CDE发布《模型引导的罕见病药物研发技术指导原则（征求意见稿）》，这是CDE首次在药物开发技术指南中明确提出可以将器官芯片技术平台数据用于药物开发的非临床研究。

各位如何看待这两个事件的发生？在促进这项新技术及其在药物开发和疾病建模中的应用方面，前景会更广阔吗？

马宁研究员：我认为这确实是个好消息。美国FDA已与多家企业展开深入合作来共同推进器官芯片技术的发展。这充分体现了他们对器官芯片技术的高度认可和支持，同时这也意味着器官芯片技术对于制药企业而言，在新药开发过程中具有重要的应用价值。此外CDE明确提出器官芯片可以用于罕见病的非临床研究，这证明了该技术的快速发展。由此可见，器官芯片技术是一项具有显著广阔应用前景的创新技术。

郑付印教授：我认为，这些政策的更新对于全球范围内的疾病研究以及未来医学领域的探索来说，无疑是一个令人振奋的好消息。器官芯片技术在药物筛选领域的应用将具有更广阔的发展前景。

薛丽香教授：我认为这项政策是一个好消息，它为患者提供了一条捷径。例如，我们与外科和肿瘤科开展合作，利用外科医生提供的组织样本进行药物筛选。与此同时，患者转入肿瘤科，接受常规的临床治疗。我们现在已经收集了大约50到60种患者资料。数据分析表明，在患者接受治疗前进行筛查是非常必要的。据我们研究发现，众多患者对标准治疗的反应欠佳，导致时间与资源的双重浪费。因此，我认为现行的政策能够为患者带来实际利益，并有效降低医疗成本。

Ingber院士：我曾与蒙特利尔的一位外科医生合作，这位医生一直在对比类器官与器官芯片在联合药物治疗中的效果。他同时在器官芯片和类器官上施用药物，并细致观察它们的反应。由于器官芯片能够模拟模拟药代动力学，其效果显得尤为突出。

我认为FDA的现代化改革无疑吸引了制药行业的广泛关注。他们已经意识到，这为加速新药的研发进程和节约成本提供了一个新的机遇。

主持人提到的ISTAN项目则有所不同，一旦肝脏芯片通过了另外两个步骤，这意味着任何人都可以在世界任何地方可以直接利用肝脏诱导药物毒性的数据，且无需再次验证其价值。这将极大地改变现有的规则。

吕总：Emulate长期以来一直是FDA的密切合作伙伴，并且能够通过现代化法案也是基于在器官芯片系统上做出来的数据，和已经被FDA验证过的数据。从技术层面上看，我们迫切需要更多的应用程序来建立标准。其中肝脏芯片技术的发展尤为快速。除了肝脏芯片，您认为还有哪些应用领域和器官模型领域具有潜力成为标准化的典范？

马宁研究员：我认为肝脏芯片在预测药物毒性方面表现出色。药物毒性是临床试验中一个主要的挑战。肾脏和心脏也是关键关注点。鉴于肝脏芯片已被证明能够有效预测药物毒性，我相信其他器官芯片同样能够拓展到这一应用领域。除了药物毒性预测，我认为器官芯片也可以用于测试药物的有效性。

郑付印教授：我认为肝脏芯片对于药物开发非常有用。同样，我也看好神经芯片或脑芯片的前景，它们对于研究退行性疾病有很大帮助。像器官芯片的模型中较为核心的，比如肺和肝脏，都是目前研究的比较透彻的。然而，与大脑、神经相关的研究，目前全世界仍处于探索阶段。

而且脑相关的疾病包括运动神经系统疾病、神经元系统的疾病、肌肉系统疾病，是一个非常宽泛的领域。所以说如果在这方面有突破，对上述疾病的研究方向都能够起到非常关键的作用，目前我也在聚焦这个领域做研究。

薛丽香教授：我想也许我们可以从一些简单的疾病模型入手。正如其他教授所提到的，我们通常使用肝脏类器官来测试药物毒性，但有相当一部分癌症患者最终会因为药物毒性发生心力衰竭。因此，除了肝脏类器官外，我们还可以建立心脏芯片模型来扩大药物的毒性筛选。像心脏这种有机械力参与的器官就很适合被培养在Emulate上。所以我们可以预先收集相关数据，调整参数，期待这些成果未来能够得到实际应用。

Ingber院士：我同意几位的观点，像骨髓芯片也可以助力临床血液毒理研究。器官芯片同样也可以被应用在个性化医疗当中。比如：根据患者自身细胞去构建器官芯片模型，通过研究尝试为患者选择最合适的药物治疗方案、确定恰当的剂量、保证最小的毒性。这些个性化医疗与药物发现、药物再利用一起正逐渐融入制药行业和药物开发流程，已经不仅仅是与药物安全性有关。以Moderna为例，Emulate器官芯片帮助决定哪种LNP可以在开发过程中继续前进，发挥了关键作用。我想这种应用比药物安全性更令人激动。

  另外，在与 FDA 多次交谈后，我了解到FDA不仅负责药物监管，同样也关注食品安全。比如说有微生物组参与的肠道芯片模型，另一个是胎盘，与血脑屏障类似，他们担心药物可能会穿过胎盘。这些都是很好的应用方向。

吕总：最后一个问题想听听你们对这种器官芯片技术在五年内的定位和前景的看法，它将向什么样的应用模式发展，将在一定程度上取代药物开发和我们提到的所有领域的动物试验，或你对未来五年的展望，以及那个时候的技术应用是什么样子的？

马宁研究员：首先，我对这个领域很感兴趣，并期待在未来几年见证其发展。我认为应该利用当前的器官芯片技术来获取更多的数据。确凿的证据表明，这项技术在疾病建模和药物筛选方面的确非常有用。现在我们已经发表了大量论文，但我仍认为需要更多数据来证明这是一个有用的工具。另一方面，器官芯片技术正在激发复杂体外模型的发展。例如，我认为目前的器官芯片尚显简单，为了更真实地模拟人类生物学，我们需要human-body-on-a-chip,就像Ingber教授在演讲中提到的那样。这需要我们不断探索和开发新技术来实现这一目标。

郑付印教授：在过去七年中，器官芯片技术占据了20%的市场份额。目前，我们正致力于整合人工智能与器官芯片技术，并通过联合展示来增强药物研发过程中筛选的效率。因此，当前形势已经大为改善，人工智能、类器官和器官芯片技术正在全球范围内，包括中国的各个地区得到推广。基于这些进展，我认为该领域未来的发展前景非常广阔。

薛丽香教授： 基于我们医院的背景，我对个性化医疗领域抱有深厚的兴趣。我确实希望在未来五年内，能够将这些实验室技术应用于患者测试。一旦医院配备了这些先进的仪器，我们便能加速药物评估的进程。在未来的五年中，我们将致力于广泛收集数据，以为患者带来实质性的益处。

Ingber院士： 我认同将更多传感器与AI相结合，将是器官芯片技术发展的一个趋势和潜在方向。在我看来，我们需要更多的传感器，通过芯片中的传感器以获得更高的通量和更高的维度，再将这些数据与人工智能相结合，这可能成为未来技术发展中的关键要素。比如实时成像，能够让我们观察到微小的细节以及它们随时间变化的过程。

正如我在演讲中所说，我并不认为你必须拥有一个完整的人体器官芯片来完成所有事情，这不仅极为困难，而且成本高昂且复杂度极高。我认为，关键在于对患者身上观察到的情况建立一个基准，并问自己复制该基准的最小支持系统是什么。一旦复制了这个系统，你就能见证其效果。如果无法实现，那么你可能确实需要一个完整系统。但我所担忧的是，人们试图将他们所知的一切都纳入系统中，并且认为这是必须的，这种想法实际上有些偏执。

对于要用器官芯片做什么、解决什么问题、构建什么疾病的模型，要有一个明确的定义。而不是一开始就把目标从oagan-on-a-chip变成human-on-a-chip，在当前可实现的复杂性水平下，这是一个相当具有挑战性的目标。

吕总：专家们分享了他们对器官芯片技术的见解，探讨了该技术在药物筛选、疾病研究以及个性化医疗领域的巨大潜力，并对其未来的发展趋势和应用前景进行了展望。我们期待未来有更多志同道合的伙伴一同加入器官芯片技术这一行列！