类器官芯片：对临床研究领域的革命性影响
2023年5月底，中国首个基于心脏器官芯片数据申请临床试验的药品获得了批准。国家药品监督管理局网站信息显示，恒瑞医药的HRS-1893片已经批准进行临床试验。HRS-1893通过一种特殊的机制抑制心肌过度收缩，主要用于治疗由心肌肥大引起的肥大型心肌病和心力衰竭。这标志着中国首个基于心脏器官芯片数据申请IND的新药得到批准。
一个潜力选择
本研究的体外筛选工作基于类器官芯片技术，以评估药物对心脏器官样本芯片的收缩幅度和钙浓度瞬息峰值的影响。总共筛选出了九批共计数百种化合物。"本研究以高效和准确的方式完成了化合物体外活性和药物选择性的筛选，并找出了后期体内效能实验的候选分子，"恒瑞上海研发中心副总裁冯君说。
这无疑为更多的实验开启了大门。根据Synapse数据库中的搜索结果显示，截至7月6日，已经有另一种药物候选物正在使用OOCs技术进行临床试验。
尽管类器官芯片的应用还处于早期阶段，但最近在临床试验中的应用已经取得了显著的成果，且有大量的专利出现：到目前为止在Synapse中已经记录了总共22项专利。
OOCs技术涉及在微流控芯片上培养类器官，该芯片模拟器官的微环境。芯片提供一个受控的细胞微环境，允许类器官以生理相关的方式生长和发展。
在临床前研究中的应用
早期的一项研究已经报道了在预测结肠癌系统治疗效果时使用类器官芯片的情况。由于癌症的异质性，研究人员一直在努力研制用于癌症治疗的个体化疗法。传统的癌症治疗方法并未能有效地对付癌症的异质性，这就是为什么近年来，个体化疗法成为了重要的研究重点。
正在研发与癌症治疗相关的模型，包括细胞系、患者源性移植瘤和器官样本。作为能复制原始瘤体的细胞和分子组成的三维体外模型，器官样本在开发个性化抗癌疗法方面表现出了显著的优势，包括临床前药物筛选和预测患者治疗反应。
微环境对于癌症治疗的影响不容忽视，类器官芯片可以通过结合两种或两种以上的细胞类型模拟微环境，使得器官样体能与其他技术相互作用。
在这项研究中，研究者检查了两种临床前模型，即成体干细胞来源的器官样本系统和类器官芯片技术，在预测结肠直肠癌全身治疗方面的功效。他们关注基于这两种模型的体外和体内药物反应的一致性以及根据这种预测效果调整临床患者治疗策略的可行性作为临床治疗参考指标的补充。研究者也讨论了这两种技术的限制和它们如何很好地互补。
类器官芯片提供了一个用于评估癌症疗法反应的临床前系统。与肿瘤细胞团结合的微流体设备可以模拟肿瘤微环境以对抗癌候选药物进行筛选。尽管类器官更好地模拟了肿瘤，但类器官芯片可组装内皮细胞，成纤维细胞和免疫细胞，以模拟相对完整的肿瘤微环境。研究已经显示，类器官芯片在某种程度上可以预测化疗的有效性，但是需要更多与原始培养球状体或细胞的研究，以确保与患者的肿瘤相似。在未来的研究中，类器官芯片可以使用原始培养的细胞组分、与微环境相关的细胞和血管构建，以评估药物反应和预测化疗的效果。
预测结直肠癌治疗效果
类器官芯片也可以用于筛选结直肠癌药物。血管化微肿瘤(VMTs)是一种可以测试十种已获得临床批准的受体酪氨酸激酶抑制剂和新型靶向药物如galunisertib的代表模型。药物的输送和穿透也已在类似的结直肠癌器官芯片系统中探索过。虽然肿瘤本身的保真度不如类器官，但微环境的完整性可以更好地探索药物与细胞-细胞外基质的相互作用。结合原始肿瘤细胞在某种程度上可以预测患者的效果。已经在其他肿瘤芯片上进行了相似的疗效预测研究，这证明了在类器官芯片系统中，甚至在结直肠癌中探索药物疗效预测和评价的潜力。这强调了类器官和类器官芯片作为从临床效果可预测性的角度治疗结直肠癌的互补参考工具的使用。
实际上，基于这些模型的一些临床试验目前正在进行中。就治疗时间窗口、成本、药物筛选效率以及准确性而言，这些体外模型可能会用作临床参考，通过技术进步或技术融合，指导个别病患治疗策略的优化。
同样，其他类型的类器官芯片可以针对不同的器官（如肝脏、肺、心脏、肾脏等）进行开发。这项技术在疾病研究、药物测试和再生医学中具有巨大的潜力。类器官芯片技术有可能改变生物医学研究、药物测试和再生医学。这是一种为医学领域提供广泛潜在应用的创新。
参考资料：
1.Zhu, J., Ji, L., Chen, Y. et al. Organoids and organs-on-chips: insights into predicting the efficacy of systemic treatment in colorectal cancer. Cell Death Discov. 9, 72 (2023).
2.Yaqing Wang , Jianhua Qin, Advances in human organoids-on-chips in biomedical research, Life Medicine, Volume 2, Issue 1, February 2023, lnad007, https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1093/lifemedi/lnad007
