摘要

器官芯片，雖然也稱為“芯片”，但與半導(dǎo)體硅芯片沒有任何關(guān)系。器官芯片技術(shù)是在現(xiàn)有單層2D細(xì)胞培養(yǎng)和3D類器官培養(yǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展出來的新式細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。其目的是最大限度的模擬特定組織器官的高級功能。

器官芯片一詞直接翻譯自O(shè)rgan Chips或Organ on a Chip。另外，在文獻(xiàn)中，還有Human on a Chip、MPS（Microphysiological systems，微生理系統(tǒng)）等近似的名稱。并且和經(jīng)典的3D類器官培養(yǎng)有相似之處。某些文獻(xiàn)將器官芯片和類器官也混為一談。

傳統(tǒng)的2D細(xì)胞培養(yǎng)，細(xì)胞缺乏立體結(jié)構(gòu)。經(jīng)典的、單純采用懸滴法或基質(zhì)膠包埋方法進(jìn)行的3D細(xì)胞培養(yǎng)，雖然能得到擁有一定程度立體結(jié)構(gòu)的微組織塊，但通常采用的細(xì)胞類型單一，缺乏不同類型3D微組織塊間的相互串聯(lián)。且在檢測3D細(xì)胞對藥物的反應(yīng)，即“輸入”和“輸出”時(shí)，都過于簡單，而且對微組織塊的反應(yīng)，缺乏全面的檢測。

因此，從器官芯片的特點(diǎn)出發(fā)，我們認(rèn)為符合以下全部或部分特征時(shí)，才能稱之為器官芯片：

1. 培養(yǎng)了一種或多種類型的細(xì)胞。細(xì)胞種類多時(shí)采用混合培養(yǎng)或串聯(lián)培養(yǎng)；

2. 細(xì)胞培養(yǎng)完成后通常具有一定的立體結(jié)構(gòu)，并與特定的體內(nèi)組織或器官結(jié)構(gòu)類似；

3. 通常能模擬人體組織器官的部分高級功能，而這一高級功能在普通的2D培養(yǎng)或3D培養(yǎng)中通常無法實(shí)現(xiàn)；

4. 方便的“輸入”和“輸出”?！拜斎搿笔侵笇π酒霞?xì)胞的處理，尤其是高通量的加藥處理。“輸出”是指對芯片上細(xì)胞反應(yīng)的檢測；

5. 輸出結(jié)果處理、分析和解讀。

例如，以肺組織芯片為例，首先在結(jié)構(gòu)上，通常采用氣液界面培養(yǎng)以模擬呼吸道上皮組織結(jié)構(gòu)；在檢測時(shí)，也要考慮怎樣全面檢測呼吸道的功能，比如分泌粘液、纖毛運(yùn)動、緊密連接屏障功能等。同時(shí)，對肺組織芯片反應(yīng)的檢測，也會產(chǎn)生大量超出常規(guī)的數(shù)據(jù)，比如纖毛運(yùn)動怎樣量化、粘液分泌功能的檢測和量化。因此，器官芯片進(jìn)一步對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)分析提出了更高的要求。

目前以及未來一段時(shí)間內(nèi)，對器官芯片的需求，一方面來源于基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域，研究不同種類的細(xì)胞組織器官的相互作用以開發(fā)更先進(jìn)的器官芯片。另一方面來源于制藥領(lǐng)域。在新藥的篩選階段，用器官芯片進(jìn)行高通量的化合物或生物藥的篩選?；蛟谒幤飞鲜星?，用器官芯片替代傳統(tǒng)的動物實(shí)驗(yàn)，用于藥品的安全性評價(jià)。用人體細(xì)胞的器官芯片進(jìn)行藥物的安全性評價(jià)，這對于動物保護(hù)和福利、提高藥品質(zhì)量擁有巨大價(jià)值。

本報(bào)告將對此前沿領(lǐng)域進(jìn)行介紹，重點(diǎn)進(jìn)行器官芯片全產(chǎn)業(yè)鏈條的技術(shù)分析，探討特定器官芯片應(yīng)達(dá)到的參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，分析了目前國內(nèi)外的市場主要參與者及其產(chǎn)品，并對器官芯片的未來發(fā)展方向進(jìn)行展望和預(yù)測。

目錄

一、器官芯片概述

1. 器官芯片的研究歷史

2. 器官芯片市場規(guī)模預(yù)測

二、器官芯片全產(chǎn)業(yè)鏈條的技術(shù)分析

1. 器官芯片的細(xì)胞來源

2. 建立立體、多聯(lián)、易觀察和檢測的培養(yǎng)方式

3. 微型化培養(yǎng)系統(tǒng)與給藥系統(tǒng)

4. 檢測指標(biāo)參數(shù)的選擇與配套檢測設(shè)備

5. 數(shù)據(jù)分析與AI的使用

三、器官芯片應(yīng)達(dá)到的參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)

1. 肝組織芯片

2. 肺組織芯片

3. 心臟組織芯片

4. 腦與血腦屏障芯片

5. 腎臟組織芯片

6. 皮膚芯片

7. 小腸組織芯片

8. 肌肉組織芯片

9. 多器官組織聯(lián)合芯片

四、21家國外器官芯片企業(yè)的產(chǎn)品介紹

五、器官芯片技術(shù)和企業(yè)的未來發(fā)展方向預(yù)測

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