器官芯片（Organ-on-a-chip，OOC）即就是模擬整個器官和器官系統活動、力學特性和生理反應等的多通道3D微流體細胞培養芯片。微流控芯片（Lab-on-a-chip，LOC）和細胞生物學的融合，使得在特定器官的環境中研究人體生理學成為了可能，建立起一種新型的多細胞生物有機體模型。此模型的出現對生物醫藥領域產生了重大影響。

(一) :能夠解決新藥研發中主要障礙的工具

新藥市場是任何醫藥公司都需要必經的最長，最貴的道路。研制新藥的過程中，醫藥公司始于成千上萬的可能對疾病或者人類生存有積極影響的化合物。如果幸運的話，在12年甚至以上的時間內花費了數十億美元之后，能夠在這些化合物中得到一種可進入市場的藥物。這個藥物研發的過程需要面對可能存在于任何一個階段所有可能的失敗。而目前的研究方法：在培養皿中的細胞培養其他動物活體試驗并不能完全對化合物進行預測。這些方法所篩選出大約90％藥物已被證實，在臨床試驗中由于毒性或缺乏療效而被宣判失敗。因此，制藥行業需要更多的預測篩選工具，能使不合適的候選藥物在更早的時候被發現失敗，這樣能大大減少資金的花費。此外，還有報道指出即使是這樣的方法所篩選出的藥物還會忽略掉真正對人類有療效的潛在化合物。

同樣在其他行業若干可解決這些問題的技術已經被研究，而最有希望的當然是器官芯片。微加工技術和生物學的結合以與內襯活細胞微工程裝置的方式重構出具有生理和力學功能的人體器官。精確地控制流體的運動以及組織-組織界面動態模型，這樣的方式遠遠比傳統的靜態細胞培養更加接近體內。

器官芯片技術越來越被重視的直接表現在于越來越多的經費涌入這一領域。如器官芯片的研發機構獲得了巨額的研發經費：美國國防部高級研究計劃局（DARPA，Defense Advanced Research Projects Agency）和國家衛生研究所（National Institutes of Health，NIH）在未來的五年期中分別獲得了1.4億美元和7600萬美元的經費。與此同時，2012年開始，商業技術研發人員已經從投資者處，募集了超過 8000萬美元，詳細情況如下圖所示。

（二） 小市場，大功能以及市場炒作

器官芯片的研究始于2000年左右，但一直到2010年后，才由于媒體的報道和資金的涌入才走上了快速發展的軌道。盡管器官芯片的出現是研究者和工業界所夢寐以求的工具，但現在微流控芯片的相關產業仍不能稱之為一個真正的市場。在2016年，由Yole的分析師所估計的器官芯片及其周邊所有服務的總銷售額不超過7500萬美元，只有很少的器官芯片處于優化生產和商業化階段。以器官芯片為主頁的公司大多都源自于大學或者研究所的實驗室，通過與微加工產業技術人員合作，反復優化他們所發表在文章或者發明中的微流控器官芯片模型。

制藥機構和化妝品企業都希望能利用不同的器官芯片作為解決方案來評估自己所研發的產品，但是這些保守的企業需要繼續花更多的時間來適應這樣的新興技術。器官芯片公司將克服技術挑戰和高檔產品，市場從2011-2022年的年復合增長率為38%-57%，在2022年達到6000萬到1.17億美元，而且這僅僅是第一步[2]。如下圖所示：

毫無疑問，這些器官芯片技術倘若中長期成長起來有可能成為未來價值數十億美元的潛在市場，這也能夠為醫藥或者其他行業節省數十億美元。

而倫理道德仍然是這個市場最為在意和有益的：每年全球范圍內有一百萬頭實驗動物被使用，而這些都可以潛在的被微流控器官芯片所替代。而這種情況的產生會極大地提高媒體報道的熱情，從而會忽視器官芯片技術層面中的阻礙。同時業內和政府機構對于少數被投資足夠資金的少數器官芯片研發機構或者項目非常支持。

然而，這樣的投資將會繼續持續，大型制藥和化妝品公司都已開始使用微流控器官芯片，如歐萊雅，輝瑞，阿斯利康，羅氏公司和賽諾菲等都已經開始同微流控器官芯片機構合作。除此之外，微流控器官芯片技術的開發和運用將改變療效和毒性測現有及正在開發的產品[3]這些將在后續文章中繼續展開。

（三） 多重技術上的挑戰仍需解決

盡管器官芯片技術取得了重大進展和應用，但是器官芯片里行業內的廣泛運用仍有很大距離，還存在幾個主要的技術難點需要攻克。

首先，如何成功的將的幾個不同的器官芯片連接起來精確地模擬整個身體對藥物藥品反應的能力需要進一步被證實。有若干家公司正在研究多器官模型，但整體來看，離“人體-芯片”仍有很遠的路要走，“人體-芯片”仍就是遙遠尚未實現的夢想。為了解決各種需求，器官芯片的研究人員對自己的產品在器官種類、芯片類型和流體模式方面進行多樣化處理。

有報告指出，器官芯片以期能解決在藥物開發階段功能中基于關鍵標準的技術分割中技術限制的能力，在將來會被廣泛運用。另一個主要的問題是作為商品的器官芯片產量將會從每月或者每周幾臺設備，提高到更大的產量或者容量來符合市場的需求。實際上，一些企業已經進入了倍增生產和相關材料和/或重新設計符合市場要求的器官芯片階段。

一個值得注意的特點是，大多數器官芯片都極為依賴于微流控技術，這意味著器官芯片制造公司需要越來越多的接受來自初創公司尋找制造商合作伙伴的需求。一些代工廠剛開始的為器官芯片的制作提出量身定制的方案，并充分強調他們能夠在這一領域確定相關標準的巨大潛力。真正需要值得注意的是，在商品用器官芯片的制作過程中，與現有設備的兼容性以及其標準化將是器官芯片能夠被廣泛利用的重要因素，這也需要技術開發人員需要充分認識和考慮到的。

下圖是不同類型的器官芯片技術在不同的藥物研發階段所發揮的功能。

（原創: ChenMond 科學網科學網轉載僅供參考學習及傳遞有用信息，版權歸原作者所有，如侵犯權益，請聯系刪除）