長(cháng)期以來(lái)，動(dòng)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以萬(wàn)計的動(dòng)物進(jìn)行此類(lèi)測試。然而，每 10 種進(jìn)入人體臨床試驗的藥物中就有 9 種以上因為不安全或無(wú)效而失敗[1]，意味著(zhù)動(dòng)物實(shí)驗并無(wú)法準確預測人類(lèi)對藥物的反應。加之使用動(dòng)物的時(shí)間、費用和倫理問(wèn)題，動(dòng)物實(shí)驗正在不斷受到?jīng)_擊和挑戰。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，新規定消除了對所有藥物需進(jìn)行動(dòng)物試驗的古老規定，將不再強制要求藥物進(jìn)入臨床實(shí)驗前需要進(jìn)行動(dòng)物試驗[2]
在動(dòng)物實(shí)驗之外，美國 FDA 支持有科學(xué)依據的替代動(dòng)物實(shí)驗的方法：如器官芯片技術(shù) ，來(lái)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(gè)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(lái)什么價(jià)值？
同年 12 月，Emulate 公司的首席科學(xué)官 Lorna Ewart 博士及其同事發(fā)表了一項迄今為止最大規模的器官芯片對多種藥物毒性的預測價(jià)值研究，強調了器官芯片技術(shù)的潛力。
這項研究經(jīng)過(guò)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(gè)供體來(lái)源的細胞（研究規模均為業(yè)內之最），并且所有數據未經(jīng)挑選，均為聘請第三方有經(jīng)驗的制藥公司專(zhuān)業(yè)人員盲法試驗分析得出，本研究的結果令人鼓舞。
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(guò)動(dòng)物實(shí)驗后進(jìn)入到臨床試驗，但后來(lái)這些藥物表現出肝損傷而被撤回，最終共計造成超過(guò) 200 名受試者的死亡。
Emulate 公司的肝臟芯片沒(méi)有錯誤地標記任何無(wú)毒藥物，識別特異性達到 100%。顯著(zhù)優(yōu)于動(dòng)物實(shí)驗模型和傳統細胞模型。
Emulate 肝臟芯片也可以有效減少臨床試驗的次數和提高制藥業(yè)研發(fā)生產(chǎn)力。我們構建了數學(xué)模型來(lái)量化肝臟芯片因其增強的預測有效性而產(chǎn)生的潛在經(jīng)濟影響。結果表明，廣泛采用 Emulate 人體肝臟芯片可以為藥物開(kāi)發(fā)行業(yè)每年提升超過(guò) 30 億美元的研發(fā)生產(chǎn)力。
圖 1：Emulate 肝臟芯片預測毒性的靈敏度優(yōu)于動(dòng)物模型和傳統 3D 模型
這項迄今為止業(yè)界最大規模的器官芯片預測價(jià)值的研究表明，將器官芯片納入藥物開(kāi)發(fā)流程可以大大改善藥物發(fā)現效率，使制藥企業(yè)能夠以更短的時(shí)間和更低的成本將更安全、更有效的藥物推向市場(chǎng)。同時(shí)進(jìn)一步減少動(dòng)物的使用，降低對病人的傷害，并為制藥業(yè)帶來(lái)數十億美元的生產(chǎn)力提升。最后，相信隨著(zhù)作為行業(yè)風(fēng)向標的 FDA 現代化法案 2.0 的生效，全球各國取消強制動(dòng)物試驗的法規、指導意見(jiàn)和專(zhuān)家共識也在陸續出臺，未來(lái)，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 微流控培養系統，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(kāi)。膜的上下兩側可培養來(lái)自大腦、肝臟、肺和腎臟等不同器官來(lái)源的細胞，形成接近體內生理結構的組織-組織界面。系統通過(guò)操控微流體（主要為培養基）和機械力來(lái)模仿體內的動(dòng)態(tài)生理環(huán)境。除此之外，也可以在系統內引入如免疫細胞、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、機械條件和生理功能。目前器官芯片已被證明可開(kāi)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(wú)限可能。
關(guān)于 Emulate 公司
器官芯片的開(kāi)創(chuàng )性工作是由哈佛大學(xué) 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(gè)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(xué)界同仁分享這一精妙的器官芯片技術(shù)。自成立以來(lái)，我們致力于開(kāi)發(fā)高度模擬人體生理特征的器官芯片技術(shù)和不同類(lèi)型的創(chuàng )新應用，以全面了解疾病發(fā)生規律和幫助評估藥物的真實(shí)反應，改善人類(lèi)健康。目前，Emulate 提供成熟的肝、腎、十二指腸、結腸等芯片解決方案同時(shí)支持客戶(hù)定制化的研究需求（圖 2），是全球市場(chǎng)占有率領(lǐng)先的器官芯片品牌，全球系統裝機量超過(guò) 400 臺，已經(jīng)被全球排名前 20 的藥企全部合作引入，采用 Emulate 人體仿真系統發(fā)表的文章數已超過(guò) 100 篇，在同類(lèi)產(chǎn)品中大幅領(lǐng)先。
Emulate 相信，人類(lèi)生物學(xué)和器官芯片技術(shù)的結合能夠點(diǎn)燃人類(lèi)健康的新時(shí)代。
