摩方精密微納3D打印器官芯片 ， 構(gòu)建生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展新態(tài)勢

來源：摩方精密

器官芯片（organ-on-a-chip, OOC）是一種用于體外模擬人體器官的功能單元的微型細胞培養(yǎng)裝置，其核心部件是微流控芯片，通常由透明材料制成，具有多個模擬人體組織和器官環(huán)境的細胞培養(yǎng)分區(qū)，各分區(qū)之間通過仿生循環(huán)系統(tǒng)進行連接。器官芯片可模擬出活體細胞生長所需的微環(huán)境，實現(xiàn)在體外重現(xiàn)人體器官的復雜結(jié)構(gòu)及生理特征。

目前，器官芯片已模擬種植的器官有大腦、心臟、腎、肝、肺、血管（動脈）、皮膚、軟骨等，隨之，關(guān)于器官芯片在預(yù)測藥物有效性、指導臨床用藥等方面的作用也被初步驗證。尤其在醫(yī)療機構(gòu)面臨新藥開發(fā)成本高、周期長的困境下，器官芯片的出現(xiàn)則有望打破制藥行業(yè)僵局，將在疾病建模、毒理學、藥物篩選、新藥研發(fā)、精準醫(yī)療等方面提供可觀的醫(yī)學研究價值。

根據(jù)麥姆斯咨詢數(shù)據(jù)顯示，器官芯片每年或可節(jié)省數(shù)億美元的開發(fā)成本，將極大縮短藥物開發(fā)時間。也正是受到這些發(fā)展前景的激勵，2016-2018年期間全球器官芯片市場增長了4倍（由750萬美元增至2960萬美元），預(yù)計在2018-2024年期間的復合年增長率（CAGR）將高達35.3%。

△數(shù)據(jù)來源：麥姆斯咨詢

基于微流控的結(jié)構(gòu)需求，高精度微納3D打印技術(shù)將為器官芯片的制造提供支持。摩方精密在輔助生物醫(yī)療行業(yè)應(yīng)用方面，擁有豐富的技術(shù)經(jīng)驗。在器官芯片領(lǐng)域，更是自主研發(fā)出毛細血管器官芯片，可實現(xiàn)更高細胞培養(yǎng)密度、連續(xù)數(shù)周的長期培養(yǎng)時間、 更接近人體器官功能性的各種類器官的體外3D培養(yǎng)，現(xiàn)已全面上市。

小體格 大容量
近距離觀測毛細血管器官芯片，其整體結(jié)構(gòu)尺寸為18 mm(L)x10 mm(W)x5 mm(H)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部共5層流道，每層有14行平行通道（尺寸為25μm），且每條通道上均有間隔300 μm的梯形界面小孔，孔徑尺寸為7-10 μm，可進行細胞培養(yǎng)的艙內(nèi)尺寸為10 mm(L)x6 mm(W)x2 mm(H)。

如此精密的結(jié)構(gòu)，是由摩方精密microArch® S230完成制備（點擊鏈接：摩方推出microArch S230：工業(yè)級超高精度微尺度3D打印系統(tǒng)），嚴格控制毛細血管器官芯片的加工公差。

高效率 更友好
毛細血管器官芯片需搭配定制化的夾具及灌輸系統(tǒng)使用。其中，定制化的夾具易于研究人員隨時觀察取樣。

在灌輸系統(tǒng)方面，用戶既能使用實驗室現(xiàn)有的灌輸裝置，亦能選擇摩方精密提供的定制化灌輸單元，該裝置可精準控制灌輸流量范圍，并配置了彩色液晶觸摸屏，便于智能化控液。

利用毛細血管器官芯片灌輸培養(yǎng)系統(tǒng)，進行營養(yǎng)物質(zhì)及代謝廢物等物質(zhì)交換過程，可幫助科研人員在兩周內(nèi)培育出細胞模型，并完成藥物測試分析，從而有效提升藥物篩選及新藥開發(fā)進程。

另外，值得關(guān)注的是，器官芯片在一定程度上能消弭人體與動物體之間的差異，盡可能準確地評估出不同要素對人體的安全性及毒性。秉持動物保護和生物友好原則，器官芯片在未來或?qū)⑻娲�用于實驗的活體動物。盡管器官芯片設(shè)定的最初目標，首先是確保實驗結(jié)果與特定動物模型的等效性或優(yōu)越性，但最終基準應(yīng)該是得出臨床試驗的最佳給藥方案，同時實現(xiàn)動物保護。

應(yīng)用多 前景廣
毛細血管器官芯片已被用于器官組織培養(yǎng)及初期藥物測試階段，接下來，通過摩方精密圣地亞哥研究院的兩組實驗，能更直觀地觀測如何利用毛細血管器官芯片，輔助培育器官組織并實現(xiàn)藥物測試？

案例一：結(jié)直腸癌類器官芯片
無灌輸培養(yǎng)下的HCT116 （結(jié)直腸癌細胞）無法長成較大的腫瘤，而經(jīng)毛細血管類器官芯片灌輸培養(yǎng)下的HCT116 細胞可在11天后長成大團厚實的腫瘤

△結(jié)直腸癌藥物檢測時間線

△結(jié)直腸癌藥物檢測初期結(jié)果

通過結(jié)直腸癌類器官芯片實驗，驗證了通過芯片灌輸系統(tǒng)，可以培育結(jié)直腸癌類器官且觀測藥物對組織生長影響的可行性。同時驗證了結(jié)直腸癌類器官芯片的單方藥物和復方藥物治療結(jié)果，與體內(nèi)藥物反應(yīng)的高度一致性。

案例二：腎近端小管類器官

經(jīng)毛細血管類器官芯片灌輸培養(yǎng)的腎近端小管組織呈現(xiàn)極高的生理相似度，即腎臟細胞沿著灌輸管道生長排布，纖毛選擇性沿著管周生長。

通過上述實驗，我們看到經(jīng)毛細血管器官芯片灌輸培養(yǎng)，成功得到了結(jié)直腸癌類器官和腎近端小管類器官�？梢灶A(yù)見，毛細血管器官芯片將在藥物篩選、預(yù)測藥物療效方面均具有較大潛力。

當然，這種相對新穎的生物醫(yī)療工程技術(shù)在轉(zhuǎn)化成常規(guī)生物醫(yī)療實用場景，仍有待進一步實現(xiàn)，在器官芯片的標準化、合規(guī)化、產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化等方面存在許多壁壘問題。

摩方精密的毛細血管器官芯片，是微納3D打印技術(shù)與器官芯片的創(chuàng)新研發(fā)成果，希望助力拓展器官芯片在生物醫(yī)療領(lǐng)域的多元化應(yīng)用，攜手醫(yī)療機構(gòu)共同構(gòu)建生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展新態(tài)勢。

3D細胞培養(yǎng)與類器官研發(fā)峰會
3D細胞培養(yǎng)與類器官研發(fā)峰會，將于2023年10月19日-20日在廣州CGT Asia 嘉年華期間召開。峰會旨在聚焦類器官前沿與最新技術(shù)、類器官芯片與多學科交叉應(yīng)用、應(yīng)用場景與再生醫(yī)學、類器官智能與更多邊界拓展等，將著力于探討最新研發(fā)進展、解決行業(yè)痛點難點，展示前沿產(chǎn)品技術(shù)。

摩方精密也將攜毛細血管芯片亮相峰會展區(qū)現(xiàn)場（展位：1樓宴會廳B1），屆時歡迎各位業(yè)內(nèi)人士蒞臨參觀，共同交流器官芯片行業(yè)應(yīng)用前景。

地址：廣州花都皇冠假日酒店（廣州市花都區(qū)迎賓大道 189 號）