人體器官芯片

秦建華 張敏 于浩 李中玉

人體器官芯片（human organson-chips）是近幾年快速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)前沿科學(xué)技術(shù)，也是生物技術(shù)中極具特色而富有活力的新興領(lǐng)域，對(duì)人類健康和生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。它融合了物理、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料學(xué)、工程學(xué)和微機(jī)電等多個(gè)學(xué)科，被2016年達(dá)沃斯世界經(jīng)濟(jì)論壇列為“十大新興技術(shù)”之一。

人體器官芯片指的是一種在芯片上構(gòu)建的器官生理微系統(tǒng)，它以微流控芯片為核心，通過(guò)與細(xì)胞生物學(xué)、生物材料和工程學(xué)等多種方法相結(jié)合，可以在體外模擬構(gòu)建包含有多種活體細(xì)胞、功能組織界面、生物流體和機(jī)械力刺激等復(fù)雜因素的組織器官微環(huán)境，反映人體組織器官的主要結(jié)構(gòu)和功能特征。這種微縮的組織器官模型不僅可在體外接近真實(shí)地重現(xiàn)人體器官的生理、病理活動(dòng)，還可能使研究人員以前所未有的方式來(lái)見(jiàn)證和研究機(jī)體的各種生物學(xué)行為，預(yù)測(cè)人體對(duì)藥物或外界不同刺激產(chǎn)生的反應(yīng)，在生命科學(xué)研究、疾病模擬和新藥研發(fā)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用價(jià)值。2015年《Nature》雜志發(fā)表評(píng)論，稱器官芯片是未來(lái)可能替代動(dòng)物試驗(yàn)的革命性技術(shù)。

1 人體器官芯片的崛起

人體器官芯片崛起的動(dòng)力是生命科學(xué)領(lǐng)域快速發(fā)展所產(chǎn)生的強(qiáng)烈需求，而以半導(dǎo)體加工方法為核心的微流控技術(shù)與細(xì)胞生物學(xué)交叉研究的成就積累是其得以快速發(fā)展的重要保障。長(zhǎng)久以來(lái)，生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的主要目的是為了解析人類生命現(xiàn)象，探究人體生理活動(dòng)以及疾病過(guò)程，并尋求有效治療方案。盡管生命科學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展已為改善人類健康發(fā)揮了極其重要的作用，但是1個(gè)世紀(jì)以來(lái)，大量的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)仍依賴于非常簡(jiǎn)單的單層細(xì)胞培養(yǎng)方式。研究人員將不同來(lái)源細(xì)胞接種在具有剛性的基板上進(jìn)行培養(yǎng)，研究觀察多種細(xì)胞行為。由于人體的復(fù)雜性，這種過(guò)于簡(jiǎn)化的研究方式不僅難以反映體內(nèi)復(fù)雜的組織器官功能特點(diǎn)，更難以反映人體組織器官對(duì)外界刺激產(chǎn)生的真實(shí)響應(yīng)。雖然動(dòng)物實(shí)驗(yàn)可以提供一定的體內(nèi)信息，但仍存在種屬差異和對(duì)實(shí)際人體反應(yīng)預(yù)測(cè)能力較差等顯著不足。僅以藥物研發(fā)為例，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）調(diào)查顯示，每種新藥的研發(fā)周期平均長(zhǎng)達(dá)10年，費(fèi)用約為5億～10億美元；而約92%的藥物經(jīng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)安全有效之后，在臨床人體試驗(yàn)中失敗，從而形成了新藥研發(fā)領(lǐng)域高投入、高風(fēng)險(xiǎn)和低產(chǎn)出的尷尬局面。正是這些迫切需求催生了人體器官芯片這一新興技術(shù)的出現(xiàn)，同時(shí)也為解決上述瓶頸問(wèn)題提供了一種基于組織和器官水平的創(chuàng)新研究體系和系統(tǒng)解決方案。

2 人體器官芯片的國(guó)際發(fā)展態(tài)勢(shì)

人體器官芯片研究的早期報(bào)道見(jiàn)諸于2004年，但是，其真正從學(xué)術(shù)界的廣泛重視轉(zhuǎn)為政府及產(chǎn)業(yè)界的介入則是近幾年的事，其標(biāo)志性工作是由哈佛大學(xué)開(kāi)展的肺芯片研究。Ingber等開(kāi)發(fā)了一種載玻片大小的兩層肺芯片，用以模擬人體肺泡的氣液界面和肺牽張作用，形成一個(gè)類似“呼吸的肺”，這顯示了器官芯片的初級(jí)功能化。幾乎在同一時(shí)期，筆者研究團(tuán)隊(duì)也從不同角度介入這一領(lǐng)域研究，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)腫瘤芯片并用于腫瘤轉(zhuǎn)移研究。鑒于器官芯片的獨(dú)特功能特點(diǎn)和廣泛應(yīng)用前景，該技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)，很快引起了政府部門(mén)、科技界和產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注，多國(guó)政府陸續(xù)設(shè)立一系列項(xiàng)目加速開(kāi)展人體器官芯片研究。

2011年，美國(guó)政府率先宣布啟動(dòng)人體芯片計(jì)劃（human-on-chip）。該計(jì)劃由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）組建跨部門(mén)協(xié)作機(jī)構(gòu)國(guó)家高級(jí)轉(zhuǎn)化科學(xué)中心（NCATS）負(fù)責(zé)，并聯(lián)合美國(guó)FDA和國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）共同推進(jìn)。人體芯片計(jì)劃的主要目的是開(kāi)發(fā)人體芯片用于新藥開(kāi)發(fā)和毒性預(yù)測(cè)領(lǐng)域，計(jì)劃投入總計(jì)約7500萬(wàn)美元。近期，美國(guó)又在干細(xì)胞領(lǐng)域繼續(xù)加大布局，支持器官芯片技術(shù)用于疾病研究。此外，2017年初，美國(guó)空間科學(xué)發(fā)展中心（CASIS）聯(lián)合NCATS和NIH，設(shè)立多項(xiàng)基金支持美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展人體器官芯片空間站試驗(yàn)，以推進(jìn)新技術(shù)，改善人類健康。2017年4月，F(xiàn)DA作為美國(guó)政府官方機(jī)構(gòu)正式宣布對(duì)一種肝臟芯片開(kāi)展系列測(cè)試，以確認(rèn)其能否獲取新藥審批認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而來(lái)代替動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

歐盟是世界最大的經(jīng)濟(jì)體，近幾年對(duì)人體器官芯片相關(guān)研究也有大量投入。特別是，歐洲禁止動(dòng)物用于化妝品測(cè)試等政策的出臺(tái)，也極大地促進(jìn)了對(duì)器官芯片這一可能的動(dòng)物替代性技術(shù)的關(guān)注。比如，德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)2010年獲得Go-Bio基金支持，歐盟第七框架計(jì)劃也包含“人體芯片”項(xiàng)目，以及2016年開(kāi)始的EU-Tox風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目等也包含支持器官芯片的部分。這些資金支持極大地推進(jìn)了世界范圍內(nèi)器官芯片領(lǐng)域的研究，同時(shí)也吸引了更多其他項(xiàng)目和機(jī)構(gòu)進(jìn)入這一全新領(lǐng)域。令人欣慰的是，近期，我國(guó)科技部和中國(guó)科學(xué)院等相繼在人體器官芯片領(lǐng)域開(kāi)展布局，設(shè)立不同專項(xiàng)支持，體現(xiàn)了政府部門(mén)和科學(xué)界對(duì)這一新興前沿技術(shù)的關(guān)注和支持。同時(shí)，國(guó)際器官芯片領(lǐng)域的主流刊物《Lab on a Chip》自始，連續(xù)出版系列專輯介紹器官芯片的最新研究成果。2015年，第一屆世界器官芯片大會(huì)在美國(guó)波士頓召開(kāi)。2017年6月，在瑞典召開(kāi)微流控諾貝爾論壇，筆者受邀參加并做器官芯片主題報(bào)告。

與此同時(shí)，由于人體器官芯片具有廣泛應(yīng)用空間和產(chǎn)業(yè)化前景，一些企業(yè)也紛紛涉足這一高新技術(shù)領(lǐng)域，一個(gè)新興的器官芯片產(chǎn)業(yè)正在初步形成之中。Emulate、CN Bio、CN Bio Innovations 等一批致力于器官芯片研發(fā)的新型初創(chuàng)生物公司陸續(xù)涌現(xiàn)；大型制藥企業(yè)和化妝品公司（如默克、歐萊雅、強(qiáng)生、羅氏和賽諾菲等企業(yè)）也開(kāi)始介入這一領(lǐng)域，例如輝瑞公司宣布將Draper公司的器官芯片技術(shù)用于藥物研發(fā)。

無(wú)疑，人體器官芯片的出現(xiàn)已形成了由政府、學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界三方聯(lián)動(dòng)的助推模式，顯示出世界范圍內(nèi)對(duì)這一變革性技術(shù)的關(guān)注和期待，也使這項(xiàng)技術(shù)形成了一種迅猛發(fā)展以及加速轉(zhuǎn)化應(yīng)用的態(tài)勢(shì)，有可能成為競(jìng)爭(zhēng)新一輪科技革命的戰(zhàn)略制高點(diǎn)之一。

3 人體器官芯片的研究進(jìn)展

人體器官芯片是生物芯片領(lǐng)域發(fā)展最快、應(yīng)用前景最為明確的方向之一，近年來(lái)已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展——在微芯片上構(gòu)建的組織器官類型逐漸增多，“心臟芯片”“肺芯片”“肝臟芯片”“血管芯片”和“腸芯片”等多種器官芯片相繼出現(xiàn)，同時(shí)包含多個(gè)組織器官的“多器官芯片”也陸續(xù)見(jiàn)于報(bào)道，這顯示出器官芯片技術(shù)在疾病研究、個(gè)性化醫(yī)療和藥物開(kāi)發(fā)中的巨大應(yīng)用潛力。

3.1 肺芯片

肺是人體的呼吸器官，肺泡是肺部氣體交換的主要部位。傳統(tǒng)生物學(xué)研究方法難以在體外模擬肺泡復(fù)雜的細(xì)胞組成及周期性的呼吸運(yùn)動(dòng)。肺芯片研究主要集中于氣血屏障構(gòu)建、機(jī)械壓力、流體剪切力作用研究及病理生理過(guò)程模擬。例如，Ingber課題組開(kāi)展了一系列肺芯片構(gòu)建及肺相關(guān)疾病研究，構(gòu)建了一種雙層夾膜芯片以模擬人肺的呼吸過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，在氣體通道中加入TNF-α、二氧化硅納米顆粒和細(xì)菌均能誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子（ICAM）表達(dá)增加，并促進(jìn)下層通道循環(huán)流體中中性粒細(xì)胞的黏附。在肺芯片基礎(chǔ)上，通過(guò)在微通道中加入白細(xì)胞介素2（IL-2），建立了肺水腫病理學(xué)模型；利用慢性阻塞性肺病病人樣本，體外模擬了病毒性或細(xì)菌性感染誘導(dǎo)的肺部炎癥惡化，這與在慢性阻塞性肺疾?。–OPD）病人病理標(biāo)本中的觀察結(jié)果類似。該系列研究證實(shí)了肺芯片不僅可以模擬肺部疾病的病理過(guò)程，也發(fā)現(xiàn)了周期性呼吸運(yùn)動(dòng)在肺部疾病發(fā)生發(fā)展中的重要作用，為呼吸系統(tǒng)疾病研究提供了一種新的思路。

3.2 肝芯片

肝臟是人體內(nèi)最重要的毒素、藥物代謝器官，由具有復(fù)雜多細(xì)胞成分和管道結(jié)構(gòu)的肝小葉構(gòu)成。如何在體外實(shí)驗(yàn)中長(zhǎng)時(shí)間地維持肝細(xì)胞的生物學(xué)特性與功能是肝組織工程學(xué)研究的難點(diǎn)。目前，肝芯片研究主要集中于在芯片上建立多種細(xì)胞組成的功能化肝組織生理學(xué)模型，如膽小管、肝小葉和肝血竇等，并將其應(yīng)用于藥物ADMET動(dòng)力學(xué)分析及藥物毒理評(píng)價(jià)。例如，Lee等成功構(gòu)建了人工肝竇芯片，采用具有高度滲透性的內(nèi)皮間隙結(jié)構(gòu)將原代肝細(xì)胞與外部血竇樣區(qū)域分離，所構(gòu)建的肝模型更加接近人體內(nèi)的真實(shí)形態(tài)，并能更好地保持肝臟特異性功能。也有研究顯示，成纖維細(xì)胞、肝星形細(xì)胞以及人誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞來(lái)源的血管內(nèi)皮細(xì)胞等其他細(xì)胞及流體因素參與肝芯片模型建立，對(duì)于促進(jìn)肝細(xì)胞發(fā)育、白蛋白分泌、糖原合成以及藥物代謝等肝臟功能也具有重要意義。如何利用器官芯片技術(shù)的微環(huán)境多維可控特點(diǎn)，更好地實(shí)現(xiàn)肝組織功能化并集成高通量分析是肝芯片研究的重點(diǎn)。

3.3 腎芯片

腎臟是人體重要的排泄器官，對(duì)維持體內(nèi)滲透壓與自穩(wěn)態(tài)具有重要的作用，也是藥物排泄的主要器官。腎單位是腎臟的結(jié)構(gòu)單位，由腎小球、腎小囊和腎小管共同構(gòu)成，也是腎臟發(fā)揮濾過(guò)與重吸收功能的基礎(chǔ)。腎芯片研究主要集中在腎單位結(jié)構(gòu)和功能的模擬，以及在此基礎(chǔ)上的腎臟疾病病理微環(huán)境模擬和疾病機(jī)制研究。例如，有研究者在芯片上模擬了腎單位結(jié)構(gòu)中的腎小球、近曲小管和遠(yuǎn)曲小管，并初步實(shí)現(xiàn)了血樣樣本濾過(guò)、原尿形成和尿素的重吸收。也有研究關(guān)注于流體剪切力對(duì)腎單位細(xì)胞骨架、離子、糖及藥物等物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響，驗(yàn)證了流體因素對(duì)于腎功能研究的重要性。筆者團(tuán)隊(duì)利用腎小管細(xì)胞構(gòu)建腎纖維化病理模型，研究證實(shí)了補(bǔ)體C3a在腎間質(zhì)纖維化過(guò)程中的關(guān)鍵作用。

3.4 血腦屏障芯片

血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）是人腦中介于血液和腦組織之間的一道生理性屏障，對(duì)維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的生理活動(dòng)和腦內(nèi)微環(huán)境穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要，而建立近生理的BBB體外模型有利于推動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)藥物研發(fā)進(jìn)程。Shao等通過(guò)在芯片微通道的膜上培養(yǎng)微血管內(nèi)皮細(xì)胞，施加流體刺激構(gòu)建了動(dòng)態(tài)BBB模型，模擬了藥物誘導(dǎo)腦細(xì)胞毒性反應(yīng)的過(guò)程。Wang等使用腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞與大鼠原代星形膠質(zhì)細(xì)胞在多孔膜兩側(cè)共培養(yǎng)，構(gòu)建了BBB模型。為反映BBB模型更接近生理環(huán)境的功能特征，筆者團(tuán)隊(duì)利用器官芯片技術(shù)特色性構(gòu)建了包含多種腦細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)和機(jī)械流體條件等關(guān)鍵要素的高通量動(dòng)態(tài)三維BBB模型，驗(yàn)證了其近生理環(huán)境的結(jié)構(gòu)功能特性，并利用該模型開(kāi)展了對(duì)臨床抗腫瘤藥物的篩選評(píng)價(jià)，為腦腫瘤研究和藥物研發(fā)提供了一種新的思路。

3.5 多器官芯片

隨著器官芯片技術(shù)的發(fā)展，在芯片上同時(shí)構(gòu)建多個(gè)器官的“多器官芯片”成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。而人體芯片的最終形式將擁有10種以上的器官類型，包括肝、腸、心、腎、腦、肺，以及生殖系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、血管系統(tǒng)和皮膚等。人體芯片將能夠監(jiān)控藥物對(duì)芯片上“人體”的反應(yīng)，并最終勘察出藥物對(duì)不同器官或整個(gè)系統(tǒng)的藥理和毒性作用。“多器官芯片”可在不同功能區(qū)域同時(shí)構(gòu)建多個(gè)組織器官，并通過(guò)芯片管道（模擬人體血管）相連接，模擬人體對(duì)特定物質(zhì)的吸收、代謝、轉(zhuǎn)化和排泄過(guò)程。目前已有研究者嘗試在一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)對(duì)腸、肝、皮膚和腎等類器官的長(zhǎng)時(shí)間共培養(yǎng)，細(xì)胞均保持高活性并能夠自發(fā)形成功能結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自穩(wěn)態(tài)。此外，為實(shí)現(xiàn)多器官芯片的信息采集處理，將多模式傳感技術(shù)與芯片進(jìn)行集成是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。已有研究者開(kāi)發(fā)了一種可集成電化學(xué)及免疫傳感模塊的多器官芯片，可同時(shí)監(jiān)測(cè)組織培養(yǎng)微環(huán)境參數(shù)（pH值、O2濃度、溫度等）及與組織功能相關(guān)的可溶性生物標(biāo)志物。

4 人體器官芯片的應(yīng)用領(lǐng)域

人體器官芯片技術(shù)研究的創(chuàng)新思想建立在充分了解人體的復(fù)雜組織器官結(jié)構(gòu)和生理功能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，它為藥物研發(fā)、疾病研究、化學(xué)品、毒素以及化妝品測(cè)試等領(lǐng)域提供了一種近生理的體外模型，在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用價(jià)值。

4.1 藥物評(píng)價(jià)

藥物評(píng)價(jià)主要是研究藥物與人體之間的作用及規(guī)律，根據(jù)藥物吸收、分布、代謝、排泄（ADME）的體內(nèi)過(guò)程，確定其有效性及安全性。器官芯片可反映這種藥物在體內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律和人體器官對(duì)藥物刺激的真實(shí)響應(yīng)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有模型與人體偏差較大的不足，構(gòu)成一種藥代、藥效、毒性三位一體的成藥性評(píng)價(jià)技術(shù)體系。目前已有諸多研究用器官芯片開(kāi)展藥物評(píng)價(jià)的工作，如：Shuler課題組通過(guò)可控的流體操控在肝-腫瘤多器官芯片，建立基于生理學(xué)的藥代動(dòng)力學(xué)模型（PKPD），預(yù)測(cè)人體對(duì)藥物的反應(yīng)。筆者課題組也構(gòu)建了一種研究藥

4.2 疾病研究

在疾病研究領(lǐng)域，器官芯片對(duì)于重現(xiàn)人類疾病特征、研究多因素參與的疾病病理機(jī)制提供了新的機(jī)遇。盡管器官芯片技術(shù)對(duì)人體生物學(xué)組織器官構(gòu)成進(jìn)行了一定程度的簡(jiǎn)化，但該技術(shù)在重建復(fù)雜器官功能和人體病理生理學(xué)特征方面仍具有不可替代的作用。比如，利用腸芯片可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種組織細(xì)胞的共培養(yǎng)，包括上皮組織細(xì)胞、免疫細(xì)胞及共生細(xì)菌、致病菌等，從而可用來(lái)研究炎性腸病發(fā)病過(guò)程中細(xì)菌和淋巴細(xì)胞的相互作用特性。筆者團(tuán)隊(duì)也成功構(gòu)建了含有原代腎小球組織、基質(zhì)成分和血管樣機(jī)械流體的腎芯片模型，反映糖尿病腎病發(fā)生過(guò)程中早期腎小球損害的主要病理變化特點(diǎn)，結(jié)果顯示出與體內(nèi)典型病理生理過(guò)程的相關(guān)性。

隨著干細(xì)胞領(lǐng)域研究的快速發(fā)展，人體器官芯片在利用人多能干細(xì)胞建立疾病模型等方面也已取得進(jìn)展。有研究報(bào)道，利用患者來(lái)源干細(xì)胞，可在芯片上構(gòu)建功能性心臟組織，模擬遺傳性心臟病模型（Barth綜合征）。采用患者體細(xì)胞來(lái)源干細(xì)胞構(gòu)建的特定病人“個(gè)性化人體芯片”，將使個(gè)體化的疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、藥物藥效評(píng)價(jià)、毒理評(píng)估和預(yù)后分析成為可能。筆者團(tuán)隊(duì)將器官芯片技術(shù)與干細(xì)胞發(fā)育學(xué)原理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來(lái)源類腦器官模型的工程化構(gòu)建，并用于研究環(huán)境因素暴露對(duì)腦早期發(fā)育的影響。

4.3 毒理學(xué)評(píng)價(jià)

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人們對(duì)人體和環(huán)境安全重視度提高，亟需出現(xiàn)更為科學(xué)、高效、經(jīng)濟(jì)的毒性測(cè)試方法來(lái)滿足人們對(duì)化學(xué)品、藥品、農(nóng)藥、食品添加劑和化妝品等各種化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的需求。由于人體的復(fù)雜性，現(xiàn)有的體外評(píng)價(jià)模型和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)并不能準(zhǔn)確地反映人體對(duì)危害因素的反應(yīng)。將器官芯片應(yīng)用于環(huán)境污染物、化學(xué)品、納米顆粒、生物毒素、物理輻射等毒理學(xué)測(cè)試領(lǐng)域，具有巨大的應(yīng)用空間。可以更好地模擬人體對(duì)化合物、細(xì)菌、毒素真實(shí)反應(yīng)，顯著減少毒性評(píng)估的成本和時(shí)間，是毒性測(cè)試動(dòng)物替代技術(shù)研究的前沿領(lǐng)域和研究熱點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)與展望

人體器官芯片是人類健康領(lǐng)域的未來(lái)技術(shù)，在疾病研究、個(gè)性化醫(yī)療、毒性預(yù)測(cè)和新藥研發(fā)等領(lǐng)域的作用和優(yōu)勢(shì)日益呈現(xiàn)，其發(fā)展前代、藥效、毒理三位一體成藥性過(guò)程的多器官芯片。該芯片采用卡培他濱為模型藥物，研究其經(jīng)肝細(xì)胞代謝后生成的代謝物對(duì)不同組織的作用。此外，還構(gòu)建了肝-腎、腸-腎復(fù)合器官芯片模型，開(kāi)展藥物肝代謝、腸吸收及腎毒性研究。采用器官芯片進(jìn)行藥代、藥效、毒理研究，對(duì)獲得更為可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)、減少動(dòng)物實(shí)驗(yàn)數(shù)量具有重要意義。景吸引了世界范圍的關(guān)注，孕育著重要的科學(xué)進(jìn)步。隨著該技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，在未來(lái)利用人體器官芯片有可能構(gòu)建一種“類人”的生命模擬系統(tǒng)，并將有可能徹底改變?nèi)藗兞私庾陨淼姆绞?，為生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究提供一種整體性和系統(tǒng)性的解決方案，在生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

盡管人體器官芯片研究已取得顯著進(jìn)展，但其未來(lái)發(fā)展仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，比如：如何建立更符合人體生理的器官芯片體系，如何實(shí)現(xiàn)多種器官的功能關(guān)聯(lián)性和兼容性，以及如何實(shí)現(xiàn)芯片標(biāo)準(zhǔn)化和集成傳感檢測(cè)等。伴隨著巨大應(yīng)用需求和市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，人體器官芯片與干細(xì)胞、組學(xué)技術(shù)、基因編輯、合成生物學(xué)、高分辨成像、大數(shù)據(jù)和人工智能等領(lǐng)域的深度融合發(fā)展將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。目前，中國(guó)科學(xué)院在干細(xì)胞和生物傳感等多個(gè)領(lǐng)域都已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，面臨時(shí)不我待的新形勢(shì)，如果能及時(shí)抓住機(jī)遇，集成多個(gè)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域進(jìn)行前瞻布局，加大投入，將有利于促進(jìn)我國(guó)人體器官芯片的快速發(fā)展，并帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)，也勢(shì)必有利于我國(guó)在新一輪國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位?！?/p>