長期以來，動物試驗是一種藥物獲得美國食品和藥物管理局（FDA）批準的必要條件。制藥公司每年使用數(shù)以萬計的動物進行此類測試。然而，每 10 種進入人體臨床試驗的藥物中就有 9 種以上因為不安全或無效而失敗[1]，意味著動物實驗并無法準確預(yù)測人類對藥物的反應(yīng)。加之使用動物的時間、費用和倫理問題，動物實驗正在不斷受到?jīng)_擊和挑戰(zhàn)。這種局面正即將被改變。
FDA Modernization Act 2.0
美國于 2022 年 12 月正式批準生效了 FDA Modernization Act 2.0，新規(guī)定消除了對所有藥物需進行動物試驗的古老規(guī)定，將不再強制要求藥物進入臨床實驗前需要進行動物試驗[2]
在動物實驗之外，美國 FDA 支持有科學依據(jù)的替代動物實驗的方法：如器官芯片技術(shù) ，來證明藥物的安全性和有效性。
Landmark Publication Validates Organ-on-a-Chip Technology for Predictive Toxicology
FDA 的這一里程碑法案的生效，引發(fā)了整個行業(yè)的諸多思考：下一步是什么？這對我的工作有何影響？作為可能的替代性技術(shù)，器官芯片技術(shù)能帶來什么價值？
同年 12 月，Emulate 公司的首席科學官 Lorna Ewart 博士及其同事發(fā)表了一項迄今為止最大規(guī)模的器官芯片對多種藥物毒性的預(yù)測價值研究，強調(diào)了器官芯片技術(shù)的潛力。
這項研究經(jīng)過同行評議，發(fā)表于 Nature 子刊 Communication Medicine[3]。本研究采用了 870 塊肝臟芯片，27 種藥物以及 3 個供體來源的細胞（研究規(guī)模均為業(yè)內(nèi)之最），并且所有數(shù)據(jù)未經(jīng)挑選，均為聘請第三方有經(jīng)驗的制藥公司專業(yè)人員盲法試驗分析得出，本研究的結(jié)果令人鼓舞。
Emulate 公司的肝臟芯片可正確識別 87%的各種藥物造成的肝損傷（Drug Induced Liver Injury, DILI）（圖 1），而這些藥物曾順利通過動物實驗后進入到臨床試驗，但后來這些藥物表現(xiàn)出肝損傷而被撤回，最終共計造成超過 200 名受試者的死亡。
Emulate 公司的肝臟芯片沒有錯誤地標記任何無毒藥物，識別特異性達到 100%。顯著優(yōu)于動物實驗?zāi)Ｐ秃蛡鹘y(tǒng)細胞模型。
Emulate 肝臟芯片也可以有效減少臨床試驗的次數(shù)和提高制藥業(yè)研發(fā)生產(chǎn)力。我們構(gòu)建了數(shù)學模型來量化肝臟芯片因其增強的預(yù)測有效性而產(chǎn)生的潛在經(jīng)濟影響。結(jié)果表明，廣泛采用 Emulate 人體肝臟芯片可以為藥物開發(fā)行業(yè)每年提升超過 30 億美元的研發(fā)生產(chǎn)力。
圖 1：Emulate 肝臟芯片預(yù)測毒性的靈敏度優(yōu)于動物模型和傳統(tǒng) 3D 模型
這項迄今為止業(yè)界最大規(guī)模的器官芯片預(yù)測價值的研究表明，將器官芯片納入藥物開發(fā)流程可以大大改善藥物發(fā)現(xiàn)效率，使制藥企業(yè)能夠以更短的時間和更低的成本將更安全、更有效的藥物推向市場。同時進一步減少動物的使用，降低對病人的傷害，并為制藥業(yè)帶來數(shù)十億美元的生產(chǎn)力提升。最后，相信隨著作為行業(yè)風向標的 FDA 現(xiàn)代化法案 2.0 的生效，全球各國取消強制動物試驗的法規(guī)、指導意見和專家共識也在陸續(xù)出臺，未來，我們可以期待器官芯片技術(shù)帶給我們更多的可能，為藥物研發(fā)和疾病研究賦予新希望。
關(guān)于器官芯片技術(shù)
器官芯片是一種模仿人體環(huán)境的 3D 微流控培養(yǎng)系統(tǒng)，通常由嵌入在硅基聚合物中的空心通道組成，通道中間由一張可拉伸的多孔膜隔開。膜的上下兩側(cè)可培養(yǎng)來自大腦、肝臟、肺和腎臟等不同器官來源的細胞，形成接近體內(nèi)生理結(jié)構(gòu)的組織-組織界面。系統(tǒng)通過操控微流體（主要為培養(yǎng)基）和機械力來模仿體內(nèi)的動態(tài)生理環(huán)境。除此之外，也可以在系統(tǒng)內(nèi)引入如免疫細胞、支持細胞等，提高體外模型的復雜性。最終高度模擬人體器官的生理機構(gòu)、機械條件和生理功能。目前器官芯片已被證明可開發(fā)多種器官和疾病模型，為藥物篩選、毒理測試和復雜疾病研究提供無限可能。
關(guān)于 Emulate 公司
器官芯片的開創(chuàng)性工作是由哈佛大學 WYSS 研究所的系主任 Donald E. Ingber 院士團隊完成的，其在Science發(fā)表了器官芯片領(lǐng)域具有里程碑意義的第一個成功的模型：肺芯片[4]。之后，Donald E. Ingber 院士作為共同創(chuàng)始人，成立了 Emulate 公司，將器官芯片技術(shù)商業(yè)化運行，與更廣泛的生命科學界同仁分享這一精妙的器官芯片技術(shù)。自成立以來，我們致力于開發(fā)高度模擬人體生理特征的器官芯片技術(shù)和不同類型的創(chuàng)新應(yīng)用，以全面了解疾病發(fā)生規(guī)律和幫助評估藥物的真實反應(yīng)，改善人類健康。目前，Emulate 提供成熟的肝、腎、十二指腸、結(jié)腸等芯片解決方案同時支持客戶定制化的研究需求（圖 2），是全球市場占有率領(lǐng)先的器官芯片品牌，全球系統(tǒng)裝機量超過 400 臺，已經(jīng)被全球排名前 20 的藥企全部合作引入，采用 Emulate 人體仿真系統(tǒng)發(fā)表的文章數(shù)已超過 100 篇，在同類產(chǎn)品中大幅領(lǐng)先。
Emulate 相信，人類生物學和器官芯片技術(shù)的結(jié)合能夠點燃人類健康的新時代。
