新聞記者 張靜嫻
一塊小小的透明盒子里，一顆由人類細胞組成的“微型心臟”正在有規(guī)律地搏動，旁邊，同樣微小的“大腦”正發(fā)出微弱的電信號——這不是科幻電影，而是武漢大學實驗室里正在發(fā)生的現(xiàn)實。
“這是‘類器官芯片’，也可以說是‘芯片上的微縮器官’。”12月20日，武漢大學泰康醫(yī)學院（基礎醫(yī)學院）生物醫(yī)學工程系組織工程與器官制造實驗室陳璞教授向新聞記者介紹，“它不僅能模擬人體器官的功能，更能讓多個器官在芯片上‘互聯(lián)互通’，就像在體外重建了一個微縮版的人體系統(tǒng)，能顯著提升藥物安全性和有效性的預測準確性?！?/p>
在芯片上“種”出器官
“簡單來說，類器官芯片是生物醫(yī)學與工程學交叉的成果?！标愯苯淌诮忉?，“類器官”源于生物學，是利用干細胞在體外培育出的三維微型器官；而“芯片”則是工程學的概念，指一個集成了微流道、傳感器等元素的精密培養(yǎng)載體。它將干細胞“種”入芯片，在仿生可控的環(huán)境中誘導其發(fā)育成具有結構和功能的微型器官，并實時監(jiān)測其生理活動。
和傳統(tǒng)培養(yǎng)皿中的細胞培養(yǎng)相比，類器官芯片有何優(yōu)勢？“人體的細胞生活在三維、互動的復雜環(huán)境中，而傳統(tǒng)二維培養(yǎng)皿無法還原這種真實生理狀態(tài)。”陳璞指出，類器官芯片不僅在結構上更接近真實器官，更重要的是，它能實現(xiàn)器官間的互聯(lián)互通，模擬它們在人體內的相互作用。
不少人好奇，這些“微型器官”能運用在哪？
“當前藥物研發(fā)中，約90%在動物試驗中看似有效的藥物，進入人體臨床試驗后會失敗。”陳璞指出，類器官芯片能夠顯著提升進入臨床試驗的成功率，“它提供了一種高度仿人、可標準化、可規(guī)?；募膊∧Ｐ秃退幬餃y試平臺，能顯著提升藥物安全性和有效性預測的準確性?！?/p>
不僅如此，經(jīng)過十余年的研究，陳璞團隊已經(jīng)成功構建了“跨胚層共發(fā)育類器官芯片系統(tǒng)”。該技術能讓同一團干細胞在芯片內同時分化多個器官，比如心臟和大腦，且器官間保持生物連接，模擬人體發(fā)育過程中的交互作用。
“我們做到了讓一個系統(tǒng)里同時長出心和腦，它們互相促進成熟。”陳璞表示。這種多器官聯(lián)動模型為研究器官間協(xié)作、疾病機制、尤其是藥物對多器官的影響提供了前所未有的平臺。
未來能進行精準醫(yī)療
從腫瘤精準用藥到神經(jīng)疾病治療，類器官芯片正展現(xiàn)出廣闊的應用前景。陳璞展望，最快落地的可能是“腫瘤類器官芯片”。通過提取患者腫瘤細胞在芯片上培育“替身”，進行藥物敏感性測試，能為患者篩選最有效的治療方案，真正實現(xiàn)個性化精準醫(yī)療。
在再生醫(yī)學領域，團隊已成功將人造微型肝臟移植到小鼠體內，修復其損傷的肝功能。長遠來看，利用患者自身細胞培育個性化功能器官，有望為器官移植、神經(jīng)損傷修復等重大臨床需求提供全新的解決方案。目前，陳璞團隊已圍繞類器官芯片技術申請多項國內外專利。
除了疾病治療與新藥研發(fā)，陳璞團隊正探索更前沿的交叉領域——類腦智能。他們與人工智能學院合作，試圖利用培育出的特定腦區(qū)類器官作為生物計算單元，結合腦機接口與人工智能算法，開發(fā)全新的生物計算架構。
“這已經(jīng)超出了傳統(tǒng)疾病治療的范疇。”陳璞表示，“我們想做中國人自己的前沿探索?！苯衲耆蚴讉€相關商業(yè)化產(chǎn)品的誕生，預示著這一方向正從科幻走向現(xiàn)實。
“未來我們將聚焦原始創(chuàng)新，攻克關鍵技術難關，推動科研成果從實驗室走向產(chǎn)業(yè)應用，為國家科技發(fā)展、人類健康福祉貢獻力量。”陳璞說。
