目前類器官的技術(shù)發(fā)展重點主要有三個,分別是器官芯片、AI高通量自動化和類器官樣本庫(Biobank)。以微流控、3D打印技術(shù)為主的工程化解決方案將解決類器官現(xiàn)存弊端,并實現(xiàn)從研發(fā)端到商業(yè)應(yīng)用端的過渡,成為標(biāo)準化的應(yīng)用工具。AI高通量自動化則可以應(yīng)用于樣本質(zhì)控以及培養(yǎng)、使用過程的標(biāo)準化,提高成功率并優(yōu)化節(jié)約人工參與的時間,且便于臨床運用。而Biobank的建立使生理學(xué)相關(guān)的藥物篩選成為可能,利于將科研成果轉(zhuǎn)化為市場應(yīng)用。
1. 微流控技術(shù)作為生物工程核心技術(shù)之一已實現(xiàn)臨床化
相較于其他技術(shù),微流控芯片、3D生物打印解決了目前材料難成型、建模成型時間短,取樣小的問題,并且較大的體積可以滿足藥物的傳輸動力學(xué)需求。
微流控芯片相較于傳統(tǒng)動物實驗,擁有三個技術(shù)優(yōu)勢:
(1)更具成本效益:微流控芯片上的器官比傳統(tǒng)的動物試驗更具成本效益,同時比傳統(tǒng)類器官培養(yǎng)檢測,可以用更小的細胞/組織量測更多的指標(biāo);
(2)更好模擬體內(nèi)環(huán)境和反應(yīng):能夠控制細胞和特定組織結(jié)構(gòu),且具備組織血管化及灌注能力;
(3)便于監(jiān)測健康狀態(tài)與動態(tài):納入實時組織功能傳感器,如微電極或光學(xué)顯微鏡標(biāo)記物(如熒光生物標(biāo)記物)。
流控芯片目前主要應(yīng)用在科研場景,仍然面臨技術(shù)挑戰(zhàn)。主要的挑戰(zhàn)在于三個方面:
(1)集成技術(shù)難點:科研領(lǐng)域:國內(nèi)科研領(lǐng)域多用膜,但加工成本很高,很多學(xué)校的科研機構(gòu)在做膜的集成,但做得不好;商業(yè)領(lǐng)域:多數(shù)在培養(yǎng)皿/類培養(yǎng)皿結(jié)構(gòu)上借助水流和壓力完成,用膜結(jié)構(gòu)的技術(shù)難度大于膜的集成和膜的加工技術(shù),培養(yǎng)皿作為成套系統(tǒng),集成較難。
(2)重復(fù)性較低:給藥濃度的調(diào)控,最后樣品的收集,不是每次實驗都能重復(fù)得很好。性價比不高。
(3)硬件壁壘:與國外差距主要在于光刻機的精度、耐久性。
2. AI結(jié)合高通量自動化賦能類器官的各個環(huán)節(jié)
與其他賽道類似,AI在類器官領(lǐng)域更多的是在未來大規(guī)模推廣和臨床使用中用更便捷的方式解決可機械化的人工問題。當(dāng)前AI科研熱點更多關(guān)注類器官培養(yǎng)端,而使用端結(jié)合大數(shù)據(jù)將會帶來更多的顛覆性商業(yè)機會。未來將AI、自動化技術(shù)結(jié)合微流控芯片形成軟硬件集成的智能解決方案將成為以后商業(yè)化的主流產(chǎn)品形式。
3. Biobank目前醫(yī)院仍是樣本唯一合法來源,而多個機構(gòu)已經(jīng)開始樣本庫的建設(shè)。而隨著科技部人遺辦監(jiān)管的不斷加強,未來Biobank將會有更多政府的參與和監(jiān)管。
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