在新藥的臨床前實驗中，使用小白鼠模型能夠了解新藥對整體的影響，但不能很好地反映新藥對人體的影響；使用體外培養的人體細胞，卻缺乏整體的把握。全球科學家都在尋找一種更加迅速、有效的臨床前實驗方法,縮短藥物研發周期，降低研發費用。

1.器官模擬芯片的前世今生

早在10多年前，美國康奈爾大學的研究人員首次提出設想：用人體不同器官的細胞在芯片上構建人體組織，模擬人體環境。自2012年起，美國計劃投入7500萬美元啟動人體器官芯片的研發。如今，美國哈佛大學Wyss研究所，已經使用制作計算機芯片的技術，將活的人體器官細胞植入到芯片上，通過微流控技術芯片，模擬出人體肺泡在呼吸過程中的收縮生理過程。在我國，利用微流控技術開發的器官芯片正在模擬人體的腸營養、肝腸代謝、口腔、卵巢、腎臟等功能。

微流控芯片是21世紀最重要的科技前沿領域之一，是通過對微米級通道網絡內流體的驅動和控制，把生物、化學、醫學分析過程的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊厘米尺度的芯片上，最終實現“芯片實驗室”。微流控芯片單元結構的尺度，使它有可能同時容納分子、細胞、仿生的組織，甚至器官，而芯片特殊的流體精準操控體系又能同時捕捉物理、化學和生物數據。

2. 微型人類器官誕生—肝臟芯片

肝臟芯片是一種經過工程改造的模擬生物活性的微型人類器官。美國食品藥品監督管理局（FDA）開始測試這種芯片，希望可以作為一種可靠的模型來研究相關疾病。

通過這些實驗，FDA可以知道從這些芯片上得到的數據，是否可以替代動物模型得到的數據，比如批準新藥時的成癮性研究和藥物毒性研究。這是世界上第一次，政府官方機構采取芯片器官來代替動物模型測試。

盡管這個芯片的設計是最初為了測試藥物，研發團隊希望能夠用它來檢測身體器官對營養補充劑以及化妝品的反應。

他們也計劃檢測食源性病原體對特定器官的影響。FDA食物安全科學家們會先在肝臟芯片中測試，然后再在腎臟、肺、小腸芯片模型中測試。

該芯片是由美國波士頓的生物技術公司Emulate制造。這個微型芯片的支架上養著多種不同的人類肝臟細胞，而且有一種模擬血液的液體流經這個芯片，帶來養分，帶走廢物。Emulate的執行總監Geraldine Hamilton說，他們計劃在芯片上加入免疫系統的成分，來看看它們對肝臟代謝是否有影響。

“人們愿意嘗試新的技術，我感到很激動。”賓夕法尼亞州匹茲堡大學毒理學家Lawrence Vernetti說到，他也在開發一種新的微型肝臟芯片。動物的代謝和人的代謝在某些方面很不一樣，比如巧克力對狗是有毒的。

盡管對于研究食物在人體中毒性來說，動物都是很好的模型，但這并不能保證它們不會產生錯誤。為了達到長期目標，即減少用于實驗的動物，必須開發出一種結果穩定的可靠替代系統就顯得尤為重要。

Vernetti對于FDA那么快就開始測試這些芯片感到非常驚訝，但是他覺得這個決定是很及時的。因為這兩年，公眾的壓力越來越大，他們希望實驗中可以減少動物的使用。比如，在2013年，歐盟就禁止銷售使用動物實驗的化妝品。“你不可能不對這些產品進行測試——你只能尋找測試的替代品。

3. 逐步替代動物實驗

目前，微流控芯片已被業界公認為當今對哺乳動物細胞及其環境進行精準操控的主流平臺。利用微流控芯片技術可構建腫瘤細胞三維共培養模型、腫瘤多器官轉移的模型等，實現了在生物體外測試研發中腫瘤藥物的實際藥效。與此同時，科研人員還研發成功了一種使多種細胞及組織在體外共存的類器官多功能微流控芯片。該芯片可以同時測定藥物的吸收、分布、代謝、消除等藥代動力學參數、進行藥物的抗腫瘤和肝毒性評價，初步具備了試驗用動物的功能。

據了解，微流控芯片還可任意更換其中的細胞和組織種類，變身各種“器官”功能用于藥物研發中的臨床前試驗，為最終取代臨床前動物試驗邁出了重要的一步。

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