記者 黃海華
曾經(jīng)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(shù)的突破，這一認(rèn)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(qiáng)制動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，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(dú)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(dòng)物實(shí)驗(yàn)形成互補(bǔ)，生命科學(xué)與醫(yī)藥研發(fā)的新紀(jì)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(jìn)的亞洲首套全自動(dòng)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(jī)遇嗎？
模擬真實(shí)器官
2009年，荷蘭科學(xué)家漢斯·克萊弗斯團(tuán)隊(duì)用小鼠腸道的成體干細(xì)胞培育出了首個(gè)腸道類器官。
顧名思義，類器官類似于組織器官，能模擬真實(shí)器官的部分結(jié)構(gòu)和功能。比如，大腦類器官可模擬大腦的分層結(jié)構(gòu)和神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)，腸道類器官能再現(xiàn)腸絨毛結(jié)構(gòu)和吸收功能。2013年，類器官被《科學(xué)》雜志評為年度十大技術(shù)之一。
器官芯片則是將類器官與微流控芯片結(jié)合。該芯片能模擬體內(nèi)的生理環(huán)境，如血液流動(dòng)、營養(yǎng)供應(yīng)等，讓類器官在更接近真實(shí)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(yùn)飛船進(jìn)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(xué)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(jì)論壇將其列為十大新興技術(shù)之一，預(yù)計(jì)2029年其全球市場規(guī)模達(dá)6.2億美元。
“類器官正在引領(lǐng)疾病研究范式的變革，預(yù)計(jì)未來幾年類器官行業(yè)將保持20%以上的復(fù)合增長率。”上海市生物醫(yī)藥行業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長傅大煦認(rèn)為，在藥物研發(fā)方面，類器官可以提供更真實(shí)的測試環(huán)境，從而提高藥物篩選的效率和準(zhǔn)確性，降低藥物研發(fā)的成本和風(fēng)險(xiǎn)。在疾病模型方面，通過構(gòu)建特定疾病的類器官模型，可以更深入地了解發(fā)病機(jī)制和病理過程，為疾病預(yù)防和治療提供新的思路和方法。此外，個(gè)性化醫(yī)療也是類器官的一個(gè)重要發(fā)展方向，利用患者的細(xì)胞培養(yǎng)出個(gè)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(zhǔn)和有效的治療方案。
“破局之鑰”
“首次登陸亞洲的這套全自動(dòng)化智能化AI類器官系統(tǒng)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)輔助監(jiān)測、培養(yǎng)、成像和調(diào)度，可實(shí)現(xiàn)真正的3D生物學(xué)全流程自動(dòng)化，顯著提高多種干細(xì)胞、細(xì)胞3D培養(yǎng)物或類器官的生長和擴(kuò)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(shí)驗(yàn)室到臨床應(yīng)用的‘死亡之谷’意義非凡。”上海市醫(yī)學(xué)會(huì)生物醫(yī)藥轉(zhuǎn)化分會(huì)主任委員范金成說。過去十年，生物醫(yī)藥轉(zhuǎn)化面臨三重?cái)噫湥耗Ｐ褪д?，?dǎo)致近90%的腫瘤藥物臨床失?。粩?shù)據(jù)割裂，組學(xué)數(shù)據(jù)、臨床信息、藥物響應(yīng)數(shù)據(jù)分散于一個(gè)個(gè)“孤島”，無法構(gòu)建精準(zhǔn)預(yù)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(yù)測模型；高通量實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，極大降低了成本。
在中國科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院名譽(yù)院長樊嘉看來，亞洲首套全自動(dòng)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(shù)的臨床轉(zhuǎn)化迎來“破局之鑰”，更標(biāo)志著類器官從實(shí)驗(yàn)室走向臨床的工程化拐點(diǎn)。
他呼吁推動(dòng)AI算法與多組學(xué)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(luò)等復(fù)雜生理狀態(tài)的模擬精度，攻克腫瘤耐藥性預(yù)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(yàn)證的全鏈條；加速制定類器官倫理規(guī)范、數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)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(xué)會(huì)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(yàn)和個(gè)性化醫(yī)療等領(lǐng)域布局支持了一批類器官和器官芯片等創(chuàng)新項(xiàng)目。去年8月施行的《上海市加強(qiáng)臨床研究體系和能力建設(shè)實(shí)施意見》明確，“推動(dòng)人工智能、組學(xué)技術(shù)、類器官等前沿技術(shù)在臨床研究中的應(yīng)用”。
當(dāng)下，類器官與器官芯片融合發(fā)展、科研與產(chǎn)業(yè)并進(jìn)成為新的趨勢。對于類器官技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)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(lǐng)這場變革的獨(dú)特優(yōu)勢。”樊嘉說。
范金成認(rèn)為，上海有著不可復(fù)制的“三角支撐”。這里有著豐富的臨床資源和計(jì)算基建底座，上海人工智能實(shí)驗(yàn)室“OpenXLab”開放百億參數(shù)醫(yī)學(xué)大模型，助力類器官數(shù)據(jù)挖掘；還有著政策創(chuàng)新試驗(yàn)田，浦東新區(qū)“細(xì)胞與基因治療條例”已納入類器官臨床驗(yàn)證條款，屬全國首創(chuàng)。
