2024最新專(zhuān)家共識(shí)推薦使用類(lèi)器官技術(shù)開(kāi)展藥物敏感性檢測(cè)

2024年4月12日，中華醫(yī)學(xué)會(huì)呼吸病學(xué)分會(huì)發(fā)布《難治性肺癌中國(guó)專(zhuān)家共識(shí)》，其中明確指導(dǎo)了包括類(lèi)器官芯片在內(nèi)的多種精準(zhǔn)診療新技術(shù)方案。

”難治性肺癌患者會(huì)面臨多重耐藥等復(fù)雜情況，臨床醫(yī)師可在取得患者知情同意前提下，利用類(lèi)器官芯片技術(shù)、人源腫瘤異體移植瘤模型（PDX）及MiniPDX技術(shù)開(kāi)展藥物敏感性檢測(cè)，結(jié)合基因測(cè)序，綜合判斷，制定個(gè)體化用藥方案，推薦如表6。“

——《難治性肺癌中國(guó)專(zhuān)家共識(shí)》精準(zhǔn)診療新技術(shù)方案推薦

這其實(shí)并非類(lèi)器官芯片技術(shù)在國(guó)內(nèi)官方文件中的第一次亮相。更早之前，就已經(jīng)有多項(xiàng)腫瘤精準(zhǔn)診療相關(guān)文件，對(duì)類(lèi)器官與器官培養(yǎng)芯片技術(shù)提出支持。

2022年8月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了全球首個(gè)完全基于“類(lèi)器官芯片”研究并獲得臨床前數(shù)據(jù)的新藥(NCT04658472)進(jìn)入臨床試驗(yàn)。這一里程碑事件，意味著“類(lèi)器官芯片”實(shí)驗(yàn)正式介入傳統(tǒng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床人體實(shí)驗(yàn)之間，作為藥物安全性評(píng)價(jià)新的替代技術(shù)方案，正式獲得官方認(rèn)可。

近十幾年來(lái)，在全球生命科學(xué)研究人員共同努力下，數(shù)十種類(lèi)器官模型構(gòu)建完成，并進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用。

德國(guó)TissUse類(lèi)器官串聯(lián)培養(yǎng)系統(tǒng)（能夠模擬人體病理微環(huán)境的“Patient-on-a-Chip”串聯(lián)培養(yǎng)技術(shù)）：

能夠模擬人體內(nèi)生理環(huán)境，包括溫度、壓力、真空度、微流道循環(huán)頻率、時(shí)間等參數(shù)，芯片有不同的微流道設(shè)計(jì)，針對(duì)不同的器官可以單獨(dú)設(shè)置提供相應(yīng)的培養(yǎng)條件，提供精準(zhǔn)的培養(yǎng)和分化環(huán)境。可提供不同類(lèi)器官的串聯(lián)共培養(yǎng)方案，避免單一類(lèi)器官無(wú)法模擬人體復(fù)雜生理學(xué)條件下器官相互通訊交流的不足。通過(guò)類(lèi)器官模擬人類(lèi)器官組織的生理發(fā)育過(guò)程，應(yīng)用于疾病模型、腫瘤發(fā)生、以及藥物安全性、有效性、毒性、ADME等方面的評(píng)估，旨在減少和取代實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物測(cè)試，簡(jiǎn)化人體臨床試驗(yàn)。
 

人體是一個(gè)復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，即便明確病灶部位，但深度解析病理機(jī)制就會(huì)發(fā)現(xiàn)，臨床給藥“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，需要綜合考量細(xì)胞與細(xì)胞、組織與組織、器官與器官之間的信息流動(dòng)，做到掌握全局變化。單一的類(lèi)器官培養(yǎng)后用作藥物敏感性檢測(cè)，距離真正的臨床替代仍舊非常遙遠(yuǎn)。

基于此，假如我們不僅僅可以體外重構(gòu)人體類(lèi)器官，同時(shí)可以模擬人體內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控模式，把“芯片上的類(lèi)器官”（Organs- on- chips）一步步無(wú)限趨近于“芯片上的人體”（“Patient/Human-on-a-Chip”），或許可以獲取一些新的問(wèn)題解決方案。越來(lái)越多的關(guān)于人類(lèi)疾病建模和人體組織芯片治療測(cè)試的科學(xué)文獻(xiàn)指出，當(dāng)生物體可以在MPS上完全功能性地建立時(shí)，這種微生理平臺(tái)有能力精確模擬疾病的病理生物學(xué)和藥物或治療的作用模式。

在體內(nèi)，每個(gè)器官都保持著自己的獨(dú)立性，同時(shí)通過(guò)血液中的細(xì)胞和因子，與其他器官保持相互通訊交流。類(lèi)器官培養(yǎng)技術(shù)在保持表型的同時(shí)，如何維持多個(gè)類(lèi)器官間的交流通訊一直是該領(lǐng)域的一個(gè)挑戰(zhàn)。所以，將幾種類(lèi)器官串聯(lián)在一個(gè)共同的培養(yǎng)基的循環(huán)中，通過(guò)分泌的因子進(jìn)行通訊和交流，以此模擬多器官之間的交流，可以研究每個(gè)器官代謝的產(chǎn)物對(duì)其他器官產(chǎn)生的影響，以及環(huán)境因子對(duì)于多器官的系統(tǒng)性效應(yīng)，才能真正反應(yīng)體內(nèi)多器官之間相互協(xié)調(diào)共同行使功能的生理系統(tǒng)。

人類(lèi)系統(tǒng)性疾病的發(fā)生過(guò)程都是通過(guò)破壞兩個(gè)或多個(gè)器官的自我平衡和相互交流。研究疾病和藥物治療就需要復(fù)雜的多器官平臺(tái)作為體外生理模型的工具，以確定新的藥物靶點(diǎn)和治療方法。同時(shí)，多器官串聯(lián)培養(yǎng)應(yīng)用于藥物篩選，才能同時(shí)評(píng)估藥物的有效性和安全性，以及藥物的吸收，分布，代謝和排泄（ADME）全過(guò)程。

相較于藥物篩選所用的小動(dòng)物模型或者單器官芯片，多器官串聯(lián)芯片可以將多個(gè)類(lèi)器官整合到通用的培養(yǎng)基環(huán)境中，從而支持更復(fù)雜、更符合生理學(xué)意義的藥物篩選，具備更大的臨床應(yīng)用價(jià)值。多器官串聯(lián)培養(yǎng)的發(fā)展目標(biāo)是建立各種不同的器官組合模型，用于藥物有效性和安全性評(píng)估以及藥動(dòng)學(xué)/藥效學(xué)(PK/PD)測(cè)試。​
 

企業(yè)介紹

2010年，柏林工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在德國(guó)柏林成立TissUse公司，開(kāi)發(fā)出了全球領(lǐng)先的“多器官芯片”（Multi-Organ-chip，簡(jiǎn)稱(chēng)MOC）平臺(tái)，這是一種基于微流控的微觀生理學(xué)系統(tǒng)（MPS），利用微型化人體器官模型在系統(tǒng)層面提供臨床前的預(yù)測(cè)，是第一家也是唯一專(zhuān)注于多器官芯片方案的公司。德國(guó)TissUse公司專(zhuān)注于類(lèi)器官培養(yǎng)系統(tǒng)研究22年，推出的HUMIMIC類(lèi)器官串聯(lián)芯片培養(yǎng)系統(tǒng)，得到FDA的推薦，可提供不同類(lèi)器官的串聯(lián)培養(yǎng)解決方案，避免單一類(lèi)器官培養(yǎng)無(wú)法模擬人體器官相互通訊關(guān)聯(lián)的缺陷，同時(shí)也提供相關(guān)的技術(shù)方案和后續(xù)方法試劑支持，在“Multi-Organ-Chip” 和“Human-on-a-chip”領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先。相關(guān)方案已被廣泛應(yīng)用于藥物開(kāi)發(fā)、化妝品、食品與營(yíng)養(yǎng)和消費(fèi)產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域。。MPS能以生物可接受的最小尺度在體外模擬人類(lèi)生物學(xué)。通過(guò)控制動(dòng)態(tài)液體的微循環(huán)，可在盡量小尺寸的環(huán)境中用人體細(xì)胞和組織的情況下模擬器官功能，為類(lèi)器官提供生理營(yíng)養(yǎng)和氧氣供應(yīng)�；�于此技術(shù)，MOC平臺(tái)能夠維持和培養(yǎng)微型器官培養(yǎng)物（類(lèi)器官），長(zhǎng)期模擬多個(gè)器官各自對(duì)應(yīng)物的生物學(xué)功能及其在真實(shí)生理環(huán)境中的活動(dòng)。MOC技術(shù)平臺(tái)提供了一種新方法來(lái)預(yù)測(cè)藥物的毒性、藥代動(dòng)力學(xué)以及體外療效，能夠減少和替代實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物試驗(yàn)，并簡(jiǎn)化人體臨床試驗(yàn)。這項(xiàng)技術(shù)是有史以來(lái)，第一次使用人的類(lèi)器官在芯片上完成串聯(lián)培養(yǎng)，以提供無(wú)種源差異的臨床前研究數(shù)據(jù)支持，并預(yù)測(cè)化學(xué)物質(zhì)及其代謝產(chǎn)物對(duì)臨床病理模型的可能影響。

技術(shù)平臺(tái)

HUMIMIC技術(shù)平臺(tái)是TissUse GmbH公司建立一個(gè)專(zhuān)有的通用 "多器官芯片 "技術(shù)平臺(tái)，在芯片上可以將多個(gè)類(lèi)器官進(jìn)行共培養(yǎng)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠模擬人體內(nèi)生理環(huán)境，包括溫度，氣流，壓力，液體流動(dòng)，提供生物剪切力等，芯片底部有不通的微流道設(shè)計(jì)，針對(duì)不同的器官，可以單獨(dú)設(shè)置提供相應(yīng)的培養(yǎng)條件，提供精準(zhǔn)的培養(yǎng)和分化環(huán)境。

HUMIMIC技術(shù)平臺(tái)能高效均一的獲得用于研究或藥物篩選的類(lèi)器官模型，具有較好的重復(fù)性，升級(jí)版Autolab包括：自動(dòng)培養(yǎng)；自動(dòng)加樣，自動(dòng)換液（可以執(zhí)行多種不同的培養(yǎng)基/溶液的換液操作）；自動(dòng)觀察等一體化功能。科研版HUMIMIC Starter通過(guò)24個(gè)預(yù)先校準(zhǔn)的氣動(dòng)連接器，實(shí)現(xiàn)芯片上微流系統(tǒng)的最佳運(yùn)行狀態(tài)。

目前，HUMIMIC的MOC平臺(tái)支持從單一器官到復(fù)雜多器官的培養(yǎng)，甚至已經(jīng)可以做到2個(gè)，3個(gè)，4個(gè)不同類(lèi)器官的串聯(lián)共同培養(yǎng)，現(xiàn)已有28套成熟的多類(lèi)器官串聯(lián)培養(yǎng)技術(shù)方案可供用戶選用。TissUse 還開(kāi)發(fā)了10個(gè)不同類(lèi)器官的串聯(lián)共同培養(yǎng)方案，配合全自動(dòng)的HUMIMIC AutoLab設(shè)備，用于精準(zhǔn)醫(yī)療和藥物篩選的應(yīng)用場(chǎng)景。

應(yīng)用場(chǎng)景

• 骨髓-毒性評(píng)估，單一藥物和多種藥物組合的腫瘤治療方案；
• 肝臟-藥物代謝及毒性評(píng)價(jià)；
• 不同供體的皮膚和免疫細(xì)胞共培養(yǎng)-預(yù)防同種異體移植組織排斥反應(yīng)的療法評(píng)估；
• 小腸和肝臟-藥物吸收代謝和毒性的評(píng)價(jià)；
• 肝臟和胰腺-2型糖尿病治療新靶點(diǎn)鑒定；
• 皮膚和腫瘤-抗腫瘤抗體安全有效性評(píng)估、治療窗口評(píng)估；
• 胰島、胰腺腫瘤和內(nèi)皮化血管-溶瘤病毒的安全性和有效性測(cè)試；
• 血管化骨髓和淋巴結(jié)-基因組編輯造血干細(xì)胞的致瘤性和增殖能力的評(píng)估；
• 血管化肝腎移植-評(píng)估調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞預(yù)防腎移植排斥反應(yīng)的潛力；
• 心臟、肝臟和胰臟-評(píng)估心臟代謝療法的作用方式；
• 腸、肝、腎、腦和血腦屏障（BBB）-藥物ADME分析、藥代動(dòng)力學(xué)、器官特異性毒性和血腦屏障遷移能力；
• 淋巴組織培養(yǎng)-維持免疫功能正常的淋巴組織；
• 甲狀腺和肝臟共培養(yǎng)-內(nèi)分泌干擾物鑒定模型；
• ……

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