隨著AI技術(shù)的發(fā)展,，“個性化醫(yī)療”在近年來頻頻被提起，“個性化”象征的“精準(zhǔn)”“高效”“智慧”使其成為改變醫(yī)療行業(yè)現(xiàn)狀的有效切入點,。比如智能導(dǎo)診與患者實現(xiàn)互動,，智能監(jiān)測設(shè)備幫助進行醫(yī)療服務(wù)的追蹤和個性化定制等。那么,，個性化醫(yī)療只能被AI+醫(yī)療產(chǎn)品定義嗎,？恐怕不然。今天,，智能相對論（aixdlun）就想跟大家聊聊另一層意義上的個性化醫(yī)療技術(shù)——“器官芯片”,。
化整為零，真正的“個性化”醫(yī)療
說起個性化醫(yī)療,，我們腦海中首先想到的就是基因醫(yī)療,，也就是以個人基因組信息為基礎(chǔ)，結(jié)合相關(guān)內(nèi)環(huán)境信息,，為病人量身設(shè)計出最佳治療方案的一種定制醫(yī)療模式,。
基因檢測和治療固然能為個性化醫(yī)療提供基礎(chǔ),，目前也有通過基因檢測發(fā)現(xiàn)癌癥、糖尿病,，進而采取精準(zhǔn)醫(yī)療手段延緩病情的案例,，但是，從基因醫(yī)療的發(fā)展進程來看,，除少數(shù)疾病外,，基因與疾病的關(guān)聯(lián)性難以確定，比如“漸凍癥”（ALS）,，數(shù)據(jù)顯示,，僅有少部分ALS與基因缺陷相關(guān)，而90％的散發(fā)性案例發(fā)病原因仍是未解之謎,。
所以,，將人體的整個基因程序列入個性化醫(yī)療的參考之列，其實是不太靠譜的,。這時,，器官芯片的出現(xiàn)給了人們新的參考指標(biāo)。
“器官芯片”這個概念由來已久,，在2016年就被達(dá)沃斯論壇列為“十大新興技術(shù)”之一,。根據(jù)中國科學(xué)院院刊的說法，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)和功能體征,。
簡單來說,，就是在體外構(gòu)建一個人體內(nèi)生物學(xué)組織器官的簡化版本，只保留器官功能和人體病理生物學(xué)的特征,?！捌鞴傩酒庇趥€性化醫(yī)療的意義在于，將人體化整為零,，把對“人體”精確的診斷改換成對“器官”的精確診斷,，提供更有效、更有針對性的治療。
通過利用患者來源干細(xì)胞,，實現(xiàn)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源器官模型的工程化構(gòu)建,，使個體化的疾病風(fēng)險預(yù)測、藥物藥效評價,、毒理評估和預(yù)后分析更加準(zhǔn)確,。目前，也有科學(xué)家利用特定病人的干細(xì)胞,，構(gòu)建功能性心臟組織,，模擬累遺傳性心臟病模型。
除了實現(xiàn)對人類的個性化醫(yī)療,，器官芯片還有一個明顯的好處,，便是藥物測試。這一點,，對動物試驗的改變將是革命性的,。
一直以來，人們都是通過動物來試藥,，暫且不論用動物做藥物測試是否人道,。從實驗準(zhǔn)確性的角度來講，盡管動物與人類共享的基因比例高達(dá)99％,，但剩下的1％,，仍然會造成極大的變量，從而導(dǎo)致兩個物種之間產(chǎn)生巨大的生理差異,。同一種藥物,，在動物體內(nèi)和人體內(nèi)的反應(yīng)可能是截然不同的。即便是極小的表達(dá)差異,，也會隨著藥物研發(fā)進程的推進而被不斷放大,，最終導(dǎo)致整個項目的失敗。
“器官芯片”因為更接近人體,，能夠更加有效地用于藥物測試,，10月11日，《科學(xué)進展》上就報告了一種在微流控芯片上制作神經(jīng)元和肌肉組織的3D方法,，借助這種芯片，科學(xué)家可以替“漸凍人”試新藥,。
仿真性,、成本、連接……器官芯片要面臨的問題
器官芯片的概念提出已久,，產(chǎn)業(yè)化的進程卻十分緩慢,，探究其中原因，大致可以分為三點。
首先,，即使是最先進的器官芯片,，也無法完全代表活體器官的功能。畢竟,，所有的器官都不可能脫離機體單獨存在,。雖然化整為零具有建設(shè)性的意義，但整體大于部分,，僅依靠器官芯片是無法復(fù)制疾病機體的,，尤其是內(nèi)分泌環(huán)境所導(dǎo)致一系列功能變化。
因此,，我們必須考慮人體這個整體的關(guān)聯(lián)性,，在這方面，我們可以利用單個芯片組成一個高集成度的3D組織器官微流控芯片系統(tǒng),。大連理工大學(xué)的研究團隊就研發(fā)出了這樣的芯片系統(tǒng),，該芯片系統(tǒng)由多種模塊自上而下依次疊加構(gòu)成，集成了腸,、血管,、肝、腫瘤,、心,、肺、肌肉和腎等細(xì)胞或組織,，并有“消化液”,，“血液”和“尿液”貫穿其中。如此,，器官芯片就像一個積木,，將所有的積木堆積起來，就能最大程度地打造一個“人體建筑”,，還原人體內(nèi)功能環(huán)境,，并實現(xiàn)藥物測試等作用。
其次,，器官芯片仍是一個成長中的技術(shù),，產(chǎn)業(yè)鏈的不成熟將導(dǎo)致成本增加。Oxford的CNBio公司用裝有12個微型肝臟的芯片做藥物的毒性試驗,，目前一個單元的價格是22000,，單位是美元。事實上,，這個價格比起動物試驗已經(jīng)低廉很多,，要知道,，做同樣的試驗，小鼠的價格為＄50000美元,。
但是,，這所謂的“低廉”放在產(chǎn)業(yè)化進程中，依舊是要打上問號的,。目前來看,，器官芯片在科研上使用居多，而科研經(jīng)費也足夠支撐該類工具的使用,，但我們對器官芯片更大的希冀是落地于普通人的醫(yī)療,，如果器官芯片要走向產(chǎn)業(yè)化，仍需要控制成本,。當(dāng)然,，隨著產(chǎn)業(yè)鏈的完善，其優(yōu)勢會慢慢凸顯出來,，成本問題也會得到相應(yīng)的解決,。
在此之前，我們或許可以將3D打印技術(shù)作為器官芯片制作方法的重要補充,。3D打印技術(shù)至少會在兩個方面對器官芯片造成影響,，一是芯片制備，二是生物打印,。尤其在芯片制備上,，3D打印已經(jīng)能夠制造出有很高分辨率，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的芯片,，還具備制作周期短,，單元操作簡單、成本低廉的優(yōu)點,，哈佛大學(xué)Wyss生物工程研究所和哈佛JohnA．Paulson工程和應(yīng)用科學(xué)院的研究人員就利用3D打印制造出了首個完整的帶集成傳感系統(tǒng)的器官芯片,。
最后，微流控芯片普遍存在有一個問題,，即宏觀試樣與微芯片的銜接不易,。目前，芯片上的進樣多采用手工完成,，效率低下,，可靠性也較差，極容易影響細(xì)胞的活力,，進而影響細(xì)胞進程和生物特征的實時檢測,，因此，我們還需要研發(fā)出更多的協(xié)助性產(chǎn)品,，比如連續(xù)進樣系統(tǒng)，保證在制備上做到自動化、微型化和集成化,。
結(jié)論：
個性化醫(yī)療發(fā)展至今,，已經(jīng)積累了許多的技術(shù)成果。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,，我們對“個性化”“精準(zhǔn)”也提出了更多的要求,，器官芯片之于人類的意義，在于人們可以真正地“對癥下藥”,，而不去“損傷”其他的組織器官,。隨著人們研究的深入，器官芯片技術(shù)必將廣泛應(yīng)用于生命科學(xué),、醫(yī)學(xué),、藥學(xué)等領(lǐng)域的研究中，為個性化醫(yī)療帶來更多可能,。