把人體器官“微縮”進幾厘米的透明的芯片中,看著薄膜、導管在其中縱橫捭闔……在“芯片”上造“器官”,這一此前在科幻片中才有的情節(jié)如今已在生物學領(lǐng)域變成現(xiàn)實。
近日從東南大學傳來消息,國內(nèi)醫(yī)藥企業(yè)恒瑞醫(yī)藥研發(fā)的一款新藥“HRS-1893片”獲批開展臨床試驗。該新藥擬用于治療肥厚型心肌病以及心肌肥厚導致的心力衰竭。這是國內(nèi)首款使用心臟器官芯片數(shù)據(jù)獲批臨床試驗的新藥。
什么是“器官芯片”?這款新藥的研發(fā)又與東南大學有何聯(lián)系?
在芯片上造器官,打造千億級“藍?!笔袌?肽度TIMEDOO
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研發(fā)人員在器官芯片中構(gòu)建器官模型。受訪者供圖

千億級的“藍海”

“簡單說,人體器官芯片就是通過干細胞、生物材料、納米加工等前沿技術(shù)的交叉集成,在人體外構(gòu)建一套器官的微生理系統(tǒng),用以模擬人體不同組織器官的主要結(jié)構(gòu)功能特征和復雜的器官間聯(lián)系,從而預測人體對藥物或外界不同刺激產(chǎn)生的反應?!苯邮堋吨袊茖W報》采訪時,東南大學生物科學與醫(yī)學工程學院院長顧忠澤介紹說。

作為一項變革性生物醫(yī)學技術(shù),器官芯片的概念自2010年被提出后,便受到世界各國的廣泛關(guān)注。美國哈佛大學、強生等諸多研究機構(gòu)和企業(yè)競相參與研發(fā)。
彼時,顧忠澤卻正處于職業(yè)生涯的一個“瓶頸期”。
“當時,我正在和醫(yī)療機構(gòu)合作,從事生物人工肝的研發(fā)?!鳖欀覞烧f,一個偶然機會,他讀到一篇關(guān)于器官芯片的文章。
顧忠澤眼前一亮。
“從原理上看,生物人工肝和器官芯片的技術(shù)有很多相通性?!彼忉屨f,前者要做一個很大的裝置,而肝臟芯片只需要做一個小小的“生物人工肝”。器官芯片可用于評價相關(guān)藥物是否有效以及是否對人體產(chǎn)生毒性,應用場景和產(chǎn)業(yè)價值巨大。
“以前生物人工肝只做短期的生命支持,而器官芯片不僅可以針對不同器官進行模型構(gòu)建并用于藥物研發(fā),還可以針對環(huán)境中的有毒、有害物質(zhì)進行評價。這是一個很大的產(chǎn)業(yè)?!?/section>
事實證明了顧忠澤的預測。
近年來,器官芯片的應用領(lǐng)域變得越來越廣,甚至涉及整個生命領(lǐng)域。生命領(lǐng)域中幾乎所有研究都避不開動物實驗環(huán)節(jié),這一環(huán)節(jié)會花費大量的人力和財力。如果使用器官芯片,便可以大大減少相關(guān)成本。
顧忠澤說,在醫(yī)藥研發(fā)領(lǐng)域,目前備受關(guān)注的人工智能+醫(yī)藥,更多是用于加快藥物候選化合物的生成。但后續(xù)的實驗流程依舊沒有改變,仍需動物實驗和臨床試驗,而后兩者才是消耗時間和金錢最多的環(huán)節(jié)。
“如果可以應用器官芯片替代后兩個環(huán)節(jié),那么成本將大幅降低、效率將大幅提升。”顧忠澤意識到,器官芯片背后有廣闊的應用前景,于是開始全力攻關(guān)相關(guān)技術(shù)難題。
2017年初,蘇州市高新區(qū)、東南大學和江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院三方共建的東南大學蘇州醫(yī)療器械研究院正式成立。在成立之初,該研究院便瞄準了器官芯片這個千億級的“藍?!笔袌?,并引入顧忠澤帶領(lǐng)的器官芯片項目團隊。

經(jīng)過4年的前沿技術(shù)驗證和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)后,器官芯片項目順利完成各項預期研發(fā)目標,在高精度跨尺度三維打印、功能性細胞外支架材料、人工智能算法等關(guān)鍵核心技術(shù)環(huán)節(jié)實現(xiàn)了自主可控,研發(fā)進展與美國、歐洲相關(guān)團隊齊頭并進,且部分領(lǐng)域居于國際領(lǐng)先水平。

新模式打造新企業(yè)

2021年,東南大學蘇州醫(yī)療器械研究院跨出關(guān)鍵一步。在東南大學、江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院及蘇州高新區(qū)的支持下,器官芯片項目采用“團隊+技術(shù)”整體轉(zhuǎn)移的模式開展成果轉(zhuǎn)化,成立了江蘇艾瑋得生物科技有限公司(以下簡稱艾瑋得生物)。
顧忠澤告訴《中國科學報》,研發(fā)進入一定階段后,學校已很難提供合適的產(chǎn)業(yè)化環(huán)境,成立公司是順理成章的事。
在他看來,人才培養(yǎng)、科學研究和社會服務是高校的三大職能。校內(nèi)科研人員完成了原始創(chuàng)新并確立了核心技術(shù),但核心技術(shù)如何轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定、持續(xù)供給的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,這一問題在高校內(nèi)很難解決。
正如艾瑋得生物總經(jīng)理沙利烽所說:“產(chǎn)業(yè)化最根本的是要解決實際問題。器官芯片不僅要有好的技術(shù),還需要和醫(yī)院、藥企等深入合作。閉門造車很難做出真正讓市場接受或滿意的產(chǎn)品”。
值得一提的是,艾瑋得生物是江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院和蘇州高新區(qū)采用“撥投結(jié)合”模式成立的一家典型企業(yè)。
江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院院長劉慶在接受媒體采訪時介紹,所謂“撥投結(jié)合”,就是依托財政資金支持,先以科技項目立項撥發(fā)資金,幫助團隊承擔早期研發(fā)風險,在項目進展到可以進行市場融資時,再將前期的項目資金按市場價格調(diào)整為投資。
顧忠澤認為,該模式可以在高??蒲谐晒D(zhuǎn)化的前期提供巨大支持,“推進引領(lǐng)性科技成果跨越‘死亡之谷’”。

正是在各方政策的支持下,盡管成立僅兩年,艾瑋得生物已經(jīng)擁有了器官芯片設計/加工、細胞外支架材料制備、類器官自動化培養(yǎng)、多模態(tài)成像及人工智能數(shù)據(jù)分析等一系列關(guān)鍵核心技術(shù),并成為目前國內(nèi)唯一一家能夠提供全套解決方案的類器官與器官芯片公司。而此次新藥“HRS-1893片”獲批,正是其研發(fā)能力的具體體現(xiàn)。

專業(yè)的人做專業(yè)的事

從預見應用前景到投入研發(fā),再到成功產(chǎn)業(yè)化,顧忠澤的成果轉(zhuǎn)化之路似乎走得十分順利。然而,當《中國科學報》記者請他介紹經(jīng)驗時,顧忠澤卻說,他不太鼓勵高校教師直接做產(chǎn)業(yè)化這件事。
“術(shù)有專攻,業(yè)有所長?!彼f,絕大部分高校教師并不擅長和市場打交道,遑論進行商業(yè)運作。在這方面,更好的方式是讓專業(yè)化的商業(yè)團隊來做成果的產(chǎn)業(yè)化。
也正因此,作為艾瑋得生物首席科學家,顧忠澤并不負責企業(yè)的運營。
“2014年,東南大學和江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院聯(lián)合成立了生物材料與醫(yī)療器械研究所。這個研究所的主要任務就是將大學的科技成果進行轉(zhuǎn)化應用?!彼f。
2017年,研究所落戶蘇州高新區(qū)。從那時起,這支隊伍先后孵化了70多家企業(yè),艾瑋得生物也是由這支專業(yè)隊伍孵化成功的。
該公司是長三角國家技術(shù)創(chuàng)新中心體系中,首個由體系內(nèi)研究所從頭培育并達到國內(nèi)領(lǐng)先的創(chuàng)新科技公司。
“江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院針對科技成果產(chǎn)業(yè)化所建立的模式非常好。”顧忠澤告訴記者,正是因為有這類專門進行科研成果轉(zhuǎn)化的團隊和機構(gòu),高??蒲谐晒拍芨玫剡M行孵化?!斑@比高校教師‘單打獨斗’強得多?!?/section>
“人體器官芯片崛起的動力是生命科學領(lǐng)域快速發(fā)展產(chǎn)生的強烈需求,從前期的積累到形成越來越多的應用,這是一個不斷發(fā)展的過程。相信在不久的將來,越來越多的研究人員會借助器官芯片技術(shù),在藥物研發(fā)、精準醫(yī)療、環(huán)境評估、航天航空甚至美容等領(lǐng)域迎來新突破?!鳖欀覞烧f。
來源:中國科學報微信公眾號