“我们并不是要在实验室里重建一个完整的器官。我更喜欢把这些芯片比作一个器官主要功能单位的活体三维切片或截面。”
——哈佛大学生物启发工程怀斯研究所所长唐纳德·英格伯
持续跳动的“心脏”、有代谢功能的“肝脏”、会呼吸的“肺”……
想象一下，如果你的身体器官能被“复制”到一个小小的芯片上，医生们能在体外精准地模拟你的生理和病理状况，这将为医疗领域带来怎样的变革？这不是科幻电影，而是真实存在的“赛博肉身”——器官芯片技术。早在 2016 年，该技术即入选达沃斯论坛年度十大新兴技术之一，与风头正盛的两大新兴技术——新燃料电池和无人驾驶汽车齐名。
芯片上“长”器官
器官芯片，到底是个啥？简单来说，器官芯片是围绕人体某一器官的细胞而构成的微生理系统。科学家们借助计算机微芯片的制造方法，将目标器官的细胞注入其中，并通过各类“通道”输入氧气、培养液等，构建出接近于人体内的生长环境，使细胞具有生长活性。这样，在一种工程化的手段下，人的器官被“移”进了一片薄薄的、可供疾病和药理研究的芯片里。器官芯片在药物发现、环境评价、精准治疗等应用中具有巨大潜力。根据阿谱尔（APO）统计及预测，全球器官芯片市场规模2029年有望达到6.2亿美元，2023年至2029年的年复合增长率为31.21%。
器官芯片在药物开发的各个阶段的应用
器官芯片 vs 2D系统
与传统2D静态细胞培养方式相比，器官芯片平台关键优势显著。它能够控制细胞和特定组织结构，以模拟化学梯度和生物力学，从而能够精确控制生物化学和细胞环境，模拟在体内的环境和反应，并在功能性人体组织和器官环境中对活体人体细胞的生化、遗传和代谢活动进行高分辨率、实时成像和体外分析。
2D系统 vs 3D系统
挑战虽在，未来可期
作为一项变革性生物医学技术，器官芯片被世界经济论坛列为十大新兴技术之一。
目前，全球器官芯片行业市场集中度较高，像Emulate、Mimetas、TissUse等国际企业，凭借技术先发优势和成熟的产品体系，在全球市场占据较大份额。
全球及中国类器官芯片重点企业
近些年，中国各大创新主体都在加速发力，推动中国器官芯片行业实现从无到有的发展。目前，中国的器官芯片产业发展主要依托企业、高校、医院、研究机构等创新资源的技术合作与成果转化，产业集聚区覆盖珠三角、长三角及北京等地。如长三角领域，东南大学苏州医疗器械研究所由东南大学、苏州高新区、江苏工业技术研究所共同建设。自成立以来，在肿瘤器官、心脏器官、器官芯片、上游材料和设备自动化方面取得突破，孵化了艾维德生物等代表性企业；珠三角领域，来自深圳南山的中国科学院深圳先进技术研究院与耀速科技共同组建的类器官与器官芯片系统创新联合实验室；深圳清华大学研究院的科研团队研发出了首个3D类器官打印机。
尽管器官芯片的未来前景十分光明，但在发展过程中也面临着一些挑战，如技术标准的统一、伦理道德的规范以及监管政策的完善等。然而，只要我们能够积极应对这些挑战，充分发挥器官芯片的技术优势，相信在不久的将来，器官芯片将在医学研究、药物研发、临床诊断等领域发挥不可替代的作用，为人类健康事业做出巨大贡献。
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