記者 黃海華
曾經(jīng)，動物實驗于藥物研發(fā)而言，具有相對的“不可替代性”。隨著類器官、器官芯片、AI模擬等技術的突破，這一認知正悄然發(fā)生著變化。
今年4月，美國食品藥品監(jiān)督管理局要求單克隆抗體等藥物，逐步取消強制動物實驗，并正式將類器官、器官芯片聯(lián)合AI的解決方案納入監(jiān)管框架。無獨有偶。近期，類器官與器官芯片被我國藥監(jiān)局藥審中心納入罕見病藥物研發(fā)。
這意味著，類器官與器官芯片等“黑科技”將和動物實驗形成互補，生命科學與醫(yī)藥研發(fā)的新紀元正在開啟。這對于理解日前在上海張江舉行的首屆智能化類器官創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇的意義，提供了更多注解。
值得一提的是，論壇上由生物芯片上海國家工程研究中心最新引進的亞洲首套全自動化智能化AI類器官系統(tǒng)亮相。作為全球生物醫(yī)藥版圖中不可忽視的新興力量，上海能抓住類器官這一“黑科技”帶來的機遇嗎？
模擬真實器官
2009年，荷蘭科學家漢斯·克萊弗斯團隊用小鼠腸道的成體干細胞培育出了首個腸道類器官。
顧名思義，類器官類似于組織器官，能模擬真實器官的部分結構和功能。比如，大腦類器官可模擬大腦的分層結構和神經(jīng)細胞活動，腸道類器官能再現(xiàn)腸絨毛結構和吸收功能。2013年，類器官被《科學》雜志評為年度十大技術之一。
器官芯片則是將類器官與微流控芯片結合。該芯片能模擬體內(nèi)的生理環(huán)境，如血液流動、營養(yǎng)供應等，讓類器官在更接近真實體內(nèi)的條件下生長和發(fā)揮功能。7月15日，一款腦類器官芯片搭載天舟九號貨運飛船進入中國空間站，這是國際上首次在空間站開展基于腦類器官芯片的生命科學研究。截至2024年，全球共有器官芯片企業(yè)超60家。世界經(jīng)濟論壇將其列為十大新興技術之一，預計2029年其全球市場規(guī)模達6.2億美元。
“類器官正在引領疾病研究范式的變革，預計未來幾年類器官行業(yè)將保持20%以上的復合增長率。”上海市生物醫(yī)藥行業(yè)協(xié)會會長傅大煦認為，在藥物研發(fā)方面，類器官可以提供更真實的測試環(huán)境，從而提高藥物篩選的效率和準確性，降低藥物研發(fā)的成本和風險。在疾病模型方面，通過構建特定疾病的類器官模型，可以更深入地了解發(fā)病機制和病理過程，為疾病預防和治療提供新的思路和方法。此外，個性化醫(yī)療也是類器官的一個重要發(fā)展方向，利用患者的細胞培養(yǎng)出個性化類器官，可以模擬患者的疾病狀態(tài)，從而制定出更為精準和有效的治療方案。
“破局之鑰”
“首次登陸亞洲的這套全自動化智能化AI類器官系統(tǒng)，通過機器學習輔助監(jiān)測、培養(yǎng)、成像和調(diào)度，可實現(xiàn)真正的3D生物學全流程自動化，顯著提高多種干細胞、細胞3D培養(yǎng)物或類器官的生長和擴增效率。”生物芯片上海國家工程研究中心主任郜恒駿介紹。
“這對于跨越從實驗室到臨床應用的‘死亡之谷’意義非凡。”上海市醫(yī)學會生物醫(yī)藥轉化分會主任委員范金成說。過去十年，生物醫(yī)藥轉化面臨三重斷鏈：模型失真，導致近90%的腫瘤藥物臨床失??；數(shù)據(jù)割裂，組學數(shù)據(jù)、臨床信息、藥物響應數(shù)據(jù)分散于一個個“孤島”，無法構建精準預測模型；規(guī)模瓶頸，人工操作類器官最多每月百例，難以支撐藥企高通量篩選需求。
與傳統(tǒng)方法相比，這套類器官系統(tǒng)可高保真保留患者腫瘤微環(huán)境；生成“數(shù)字孿生”藥效預測模型；高通量實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，極大降低了成本。
在中國科學院院士、復旦大學附屬中山醫(yī)院名譽院長樊嘉看來，亞洲首套全自動化智能化AI類器官系統(tǒng)落戶上海張江，不僅意味著類器官技術的臨床轉化迎來“破局之鑰”，更標志著類器官從實驗室走向臨床的工程化拐點。
他呼吁推動AI算法與多組學數(shù)據(jù)的深度整合，提升類器官對免疫微環(huán)境、血管網(wǎng)絡等復雜生理狀態(tài)的模擬精度，攻克腫瘤耐藥性預測等臨床難題；依托此次論壇新成立的“智能化類器官創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”及“類器官與器官芯片創(chuàng)新研發(fā)中心”，打通從樣本資源到AI分析再到臨床驗證的全鏈條；加速制定類器官倫理規(guī)范、數(shù)據(jù)安全標準及臨床審批路徑。
上海率先布局
數(shù)月前，在中國科技界具有重要影響力的香山科學會議專門研討了類器官與器官芯片發(fā)展路徑。
上海正率先布局類器官創(chuàng)新生態(tài)圈。自2021年起，上海就圍繞輔助藥物篩選、藥效試驗和個性化醫(yī)療等領域布局支持了一批類器官和器官芯片等創(chuàng)新項目。去年8月施行的《上海市加強臨床研究體系和能力建設實施意見》明確，“推動人工智能、組學技術、類器官等前沿技術在臨床研究中的應用”。
當下，類器官與器官芯片融合發(fā)展、科研與產(chǎn)業(yè)并進成為新的趨勢。對于類器官技術的臨床轉化，不少人看好上海。
“張江作為中國生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)高地，具備引領這場變革的獨特優(yōu)勢。”樊嘉說。
范金成認為，上海有著不可復制的“三角支撐”。這里有著豐富的臨床資源和計算基建底座，上海人工智能實驗室“OpenXLab”開放百億參數(shù)醫(yī)學大模型，助力類器官數(shù)據(jù)挖掘；還有著政策創(chuàng)新試驗田，浦東新區(qū)“細胞與基因治療條例”已納入類器官臨床驗證條款，屬全國首創(chuàng)。
