东南大学顾忠泽：攻坚器官芯片核心技术，加速科技成果向新质生产力转化

MEMS 2024-08-18 00:01 708浏览 0评论 0点赞

多物理场仿真在半导体制程中的应用 汽车用卸负载电阻低价方案

本次专访由中国生物医学工程学会与和义广业创新平台联合发起，邀请生物医学工程领域科研人员及创业代表，探讨前沿技术发展、行业变革趋势、成果转化实践，展现科技工作者们自立自强、精益求精的攀登精神，推动新质生产力不断发展，促进生物医学工程产业创新。

“器官芯片”是通过干细胞、生物材料、纳米加工等前沿技术的交叉集成，在人体外构建一套器官的微生理系统，可以模拟人体不同组织器官的主要结构功能特征和复杂的器官间联系，从而预测人体对药物或外界不同刺激产生的反应。这一新兴技术正以其独特的优势在医学领域掀起一场革命。它不仅在构建人体生理模型、药物研发及毒理学研究中有着广泛的应用。同时，人体器官芯片也是一种高质量、高通量、高速度生产生物医学数据的体外模型，是医学人工智能大模型的全新数据来源。

2016年，该项技术被达沃斯论坛评为世界十大新兴技术。我国也十分重视这一技术领域的研发，颁布多项政策予以支持。2013年，被纳入科技部新药重大专项课题计划。2020年，被列为“十四五”国家重点研发计划重点专项。

2023年，经中国生物医学工程学会推荐，“人体器官芯片及多模态精准测量方法构建”项目入选为2023年度“中国生命科学十大进展”。该项目由学会常务理事、类器官与器官芯片分会主任委员、东南大学生物科学与医学工程学院院长顾忠泽教授领衔，与中国航天员科研训练中心李莹辉研究员团队合作完成。

中国生物医学工程学会/和义广业创新平台有幸采访到顾忠泽教授。作为科学家创业的典型代表，顾教授同我们细致分享了自己在技术攻克、产品研发和企业经营上的心得体会。以下内容为采访后整理编辑内容。

顾忠泽教授采访视频

以需求为研发导向，善用自身优势，

实现技术逐项突破

形成新质生产力，发展未来产业是关键。中国开展关于器官芯片技术研究的起步时间几乎同欧美国家齐平，国内多家知名高校院所积极投身这一领域，这使得我国在器官芯片研究方向的科研积累、行业标准、政策法规出台等方面均有望跻身世界前列。发展器官芯片技术，可能是中国在国际生物医药前沿研究领域实现“换道超车”的历史性机遇。

器官芯片构建覆盖多学科交叉研究，面临着细胞培养、芯片材料与加工、微环境构建与器官芯片测量诸多难题，需要组织工程学、生物材料学、微流控技术、芯片加工技术、自动化装备和人工智能技术同时发力。在顾忠泽教授承接“人体器官芯片”课题之初，器官芯片尚未在医疗器械和药品应用中得到充分证实。“实验步骤对不对？研究方向行不行？这条路还要不要走下去？”由于这项研究过于前沿，大家对其最新进展和应用前景都不了解，不少研究者望而却步。

2012年，顾忠泽团队入选为首个器官芯片方向的教育部创新团队，首当其冲地承担起了中国器官芯片技术研发重任。团队坚持“高水平、原创性”研究理念，从人体器官芯片的构建与精准介观测量，到人体器官芯片多模态测量系统，在巴掌大小的高分子材料里模拟人体组织和器官的各项生理功能。如今，团队已取得一系列重大技术突破，攻克了微结构诱导组织/器官生长、器官芯片及生物传感器跨尺度结构可控制造、器官芯片多模态原位/在线测量等科学技术瓶颈。

“我们沉浸在假设、验证、分析、完善的循环中，用经验的碎片拼出胜利的图景。”十多年来，顾忠泽带领团队一次次面对失败，又一次次重构模型，最终构建出了完整的器官芯片技术体系，实现关键核心技术上自主可控。

通过对于以上技术和体系的成功构建，顾忠泽团队的相关成果已在在100余家企业、医院及研究机构得到应用，取得了显著的社会效益和经济效益。

“高投入、高风险、周期长”，是新药研发的显著特征。器官芯片能模拟三维人体器官微生理系统，使体外实验环境更接近真实的人体生理条件，并模拟多个器官或组织之间的相互作用，实现短时间内对大量候选药物进行筛选和评估，大幅降低对实验动物的需求，为新药研发提供了变革性的生物医学实验方案和创新型技术工具；团队联合中国航天员训练中心研发了中国第一款载人航天的器官芯片，利用人工智能和影像组学分析实现在轨血管的状态监测，致力于解决长期困扰航天飞行的心血管系统功能失调问题，这也使中国成为全球第二个具有在轨开展太空器官芯片试验能力的国家。

形成细胞芯片的“中国特色”，

确立中国在微生理系统领域的国际话语权

顾忠泽教授团队在技术创新中借助中国生物制造方面的独特优势，已逐步形成器官芯片的“中国特色”，为我国抢占器官芯片国际竞争中的战略高地，为培育器官芯片探索疾病机制研究的未来产业提供先机。

顾忠泽教授首先介绍了器官芯片的设计理念，其灵感来源于中医”整体论“理论。西方医学更重视“微观”与“分子”“，而中医药体系更重视“宏观”与“整体”。器官芯片关注于细胞间的相互作用、细胞层之间的交互，以及器官芯片的整体功能效果，与中医的”整体论“理论不谋而合。秉承着全局观的设计理念，为实现更复杂的器官芯片模型构建奠定了基础。

其次是器官芯片的制备，其难度宛若在方寸之间建起高楼，需要高精度的微电子制造技术和生物材料技术。海外团队采用制备液晶显示屏的加工工艺，该工艺技术成熟但成本高昂。在中国成为世界制造大国的过程中，国内精密结构件制造行业同样也取得了较快发展，为器官芯片的工艺创新奠定了基础。顾忠泽团队与精密制造厂商联动，探索使用注塑成型的方法加工微流控芯片，完成了首个基于注塑工艺的高通量屏障式通用器官芯片样品制造。

再者是器官芯片的数据整合。器官芯片研发高度依赖临床数据，凭借中国庞大的人口基数优势，中国能建立起自己独有的生物样本库和数据库，进而彻底摆脱对国外药企数据的依赖。为了能够更好的管理器官芯片相关数据，顾忠泽团队整合了自身实验室数据、注册合作者数据、已发表的公共数据等，建立了器官芯片数据库（OOCDB），实现器官芯片数据从具体组织到项目研究再到信息数据全过程的可追溯性，达成综合数据的全贯穿。

科技成果第一要素在于“人”，

做好加减法，打通转化路

在决定进行成果转化前，顾忠泽教授已经进行了近10年的基础研究。当他发现实验室环境中所得数据难以保障稳定性后，一个想把“科研成果带出实验室”的念头浮现了出来。“科学研究与产业创新彼此之间不是割裂的关系，而是相互渗透、相互促进的。团队进行产业化的初衷是为了让科研水平再上新台阶。“

顾忠泽教授不仅自己践行着”把科研的根扎在泥土里，把论文写在祖国大地上“的信条，还积极探索将国家级基础科研平台、国家级重点学科与地方政府和专业产业园区相结合的产学研模式，加速构建科技成果转化新范式、新生态。2014年，他带领研究团队与江苏省产业技术研究院和苏州高新区联合成立了东南大学苏州医疗器械研究院。研究院引入了大批科研孵化团队，联合企业共同开发，以期带动更多的科技成果转化。在研究院的政策支持、专业孵化团队的帮助下，顾忠泽教授团队于2017年开始成果转化，完成概念样机验证。4年后，江苏艾玮得生物科技有限公司于2021年11月11日成立。

闻道有先后，术业有专攻。顾忠泽教授对自己的定位非常清晰，从项目启动之初便明确自己扮演的是科学顾问角色，而非运营者。热爱科研的人才能开发出顶级的技术，但不一定能把企业做好。要求科学家成为“全才”和“通才”，熟悉甚至精通一般意义上的企业经营管理，不仅难度过大缺乏可行性，甚至会造成人力资本浪费。”我要做的就是将合适的人才匹配到核心岗位中，尽量把时间和精力用在自己擅长的事情上，发挥长板优势。”

在顾忠泽教授看来，解决重大科学问题是科研工作者的首要任务，要做就要研发出能推动整个行业发展的前沿技术。未来，他将持续关注前沿领域，攻关关键核心技术，推动中国科技创新生态不断向好。

“心中有情怀，矢志为国为民。科技工作者应承担起推动新质生产力发展的责任”顾忠泽坚定地说。

延伸阅读：
《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》
《DNA测序技术及市场-2022版》
《自扩增RNA（saRNA）疫苗专利全景分析-2023版》