本文來自微信公眾號“半導體產(chǎn)業(yè)縱橫”。
我國在器官芯片標準化領(lǐng)域邁出了重要一步。
近日，由太湖科學城功能片區(qū)東南大學蘇州醫(yī)療器械研究院顧忠澤教授團隊牽頭完成的我國首個器官芯片領(lǐng)域的國家標準GB/T 44831-2024《皮膚芯片通用技術(shù)要求》正式發(fā)布。這一里程碑事件標志著我國在器官芯片標準化領(lǐng)域邁出了重要一步，將有效促進行業(yè)規(guī)范，為我國占據(jù)器官芯片的國際標準制高點打下基礎(chǔ)。
據(jù)悉，皮膚芯片是使用體外微流控芯片生成的能夠模擬皮膚的生化和生理特性，具有屏障結(jié)構(gòu)和功能的微型細胞和組織培養(yǎng)器件。
此次發(fā)布的我國首個器官芯片國家標準，由東南大學蘇州醫(yī)療器械研究院顧忠澤院長團隊牽頭起草，東南大學、博奧生物集團有限公司、江蘇艾瑋得生物科技有限公司、清華大學等21家單位共同合作完成。該標準主要規(guī)定了皮膚芯片的相關(guān)術(shù)語定義、皮膚芯片的外觀、細胞來源、組件性能、生物性能的技術(shù)要求，適用于以微流控芯片為載體的皮膚芯片產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)和檢測。
目前，顧忠澤教授團隊在人體器官芯片這一新質(zhì)生產(chǎn)力的研究方面已取得一系列重大創(chuàng)新成果，突破了微結(jié)構(gòu)誘導組織/器官生長、器官芯片及生物傳感器跨尺度結(jié)構(gòu)可控制造、器官芯片多模態(tài)原位/在線測量等科學技術(shù)瓶頸，形成了器官芯片完整的技術(shù)體系。
國標內(nèi)容，細致入微
術(shù)語定義明確
國標中對皮膚芯片的相關(guān)術(shù)語進行了明確的定義。微流控芯片是以硅、玻璃、金屬材料、高分子聚合物等材料為基材，利用微納加工、精密注塑等加工技術(shù)加工而成的生物芯片，包括一個或多個微管道、微閥、微反應池（腔室）等功能單元，能夠完成芯片內(nèi)液體、氣體流動的精準操控，從而實現(xiàn)某種特定的生化反應功能。皮膚芯片則是能夠模擬皮膚的生理結(jié)構(gòu)，具有屏障、緩沖、分泌等功能的微型細胞和組織培養(yǎng)器件，所采用的微流控芯片具有多孔膜分隔的上下層腔室或多通道腔室，以及連接腔室的微管道，支持液體、氣體流動。透光率是透過試樣的光通量與射到試樣上的光通量之比，用百分數(shù)表示。密封性是芯片及其附屬材料防止內(nèi)裝物溢出或其它物質(zhì)進入的特性。細胞活性是測定細胞群總體活力的指標。屏障功能是皮膚芯片生物組織的角質(zhì)層及其脂質(zhì)成分形成的功能性屏障可以抵抗外源物質(zhì)的快速滲透。這些明確的術(shù)語定義為行業(yè)提供了統(tǒng)一的語言規(guī)范，有助于推動器官芯片領(lǐng)域的科學研究和產(chǎn)業(yè)應用。
技術(shù)要求嚴格
皮膚芯片的外觀、細胞來源、組件性能、生物性能等技術(shù)要求十分嚴格。在構(gòu)型與尺寸方面，應明確微流控芯片上培養(yǎng)腔室的尺寸，培養(yǎng)腔室形狀可以為圓形或其他自定義形狀，一個培養(yǎng)腔室單元內(nèi)有效培養(yǎng)面積有多種規(guī)格可選，各個培養(yǎng)腔室的容積可相同或不同。組件性能方面，透光率按規(guī)定進行測定，微流控芯片培養(yǎng)腔室位置對可見光的光譜（390nm~780nm）應有一定的透過性，應不小于芯片及其附屬材料的最小透光率的80%。密封性良好，各獨立腔室試劑無相互串擾、無漏泄，芯片及附屬部分試劑無漏泄。微流控芯片及其附屬材料在使用工作溫度±20.0℃范圍內(nèi)應能正常工作。生物相容性方面，應根據(jù)相關(guān)原理和方法，對芯片基片及其附屬材料進行生物學評價，應無細胞毒性。生物性能方面，外觀上生物組織形態(tài)-（HE）染色應可觀察到表皮層具有基底層、棘層、顆粒層、角質(zhì)層。生物組織活性檢測結(jié)果的平均OD值應在0.6~3.0范圍內(nèi)，并且相對細胞活性的標準偏差小于或等于18%。同時應明確皮膚芯片的屏障功能。這些嚴格的技術(shù)要求確保了皮膚芯片產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。
行業(yè)現(xiàn)狀，蓬勃發(fā)展
中國人體器官芯片行業(yè)自上世紀90年代起步，經(jīng)歷了從萌芽到逐步發(fā)展的過程。起初，器官芯片技術(shù)在國內(nèi)鮮為人知，僅有少數(shù)科研團隊開始關(guān)注這一領(lǐng)域。隨著科技的不斷進步和對生物醫(yī)藥領(lǐng)域的重視，進入21世紀后，越來越多的高校、科研機構(gòu)和企業(yè)開始投入到器官芯片的研究與開發(fā)中。
2010年至2015年，國內(nèi)器官芯片行業(yè)開始起步，少數(shù)企業(yè)開始涉足該領(lǐng)域，進行技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品試制。2016年至2020年，隨著技術(shù)進步和政策支持，國產(chǎn)器官芯片行業(yè)進入快速發(fā)展階段，企業(yè)數(shù)量增加，產(chǎn)品種類豐富，市場規(guī)模逐步擴大。2021年至今，行業(yè)創(chuàng)新加速，高端芯片研發(fā)取得突破，部分企業(yè)開始與國際先進水平接軌，市場競爭力逐步提升。
當前，中國人體器官芯片行業(yè)市場需求規(guī)模不斷擴大，呈現(xiàn)出良好的增長趨勢。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，近年來，中國器官芯片市場年復合增長率超過30%。預計未來幾年，這一增長率仍將保持。目前，中國器官芯片市場主要由初創(chuàng)企業(yè)主導，這些企業(yè)具有創(chuàng)新能力強、靈活性高等特點。隨著市場的發(fā)展，器官芯片產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，包括芯片設(shè)計、制造、封裝測試等環(huán)節(jié)。中國政府高度重視生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對器官芯片等創(chuàng)新技術(shù)給予大力支持，推動市場快速發(fā)展。
中國人體器官芯片行業(yè)在技術(shù)原理、工藝流程、研發(fā)投入與成果轉(zhuǎn)化等方面不斷取得創(chuàng)新成果。在技術(shù)原理方面，通過微流控技術(shù)控制流體流動，結(jié)合細胞與細胞相互作用、基質(zhì)特性以及生物化學和生物力學特性，成功地在微小芯片上構(gòu)建了三維的人體器官生理微系統(tǒng)。在工藝流程方面，不斷優(yōu)化芯片制造工藝，提高芯片的質(zhì)量和穩(wěn)定性。
在研發(fā)投入方面，企業(yè)和科研機構(gòu)不斷加大投入，推動技術(shù)創(chuàng)新。例如，東南大學顧忠澤教授團隊在器官芯片領(lǐng)域持續(xù)攻堅，攻克了芯片構(gòu)建與數(shù)字化中的精準測量關(guān)鍵核心技術(shù)，還逐一解決了器官芯片高精度跨尺度三維打印、功能性細胞外支架材料、細胞力成像、人工智能算法等難題，成功研發(fā)了我國自主的微生理模型及測量方法。
在成果轉(zhuǎn)化方面，越來越多的科研成果成功轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)品，應用于藥物研發(fā)、疾病研究、毒性預測以及個性化醫(yī)療等領(lǐng)域。例如，江蘇艾瑋得生物科技有限公司的“人體器官芯片”可以培育心、肝、肺、皮膚等10余種“迷你器官”，相關(guān)產(chǎn)品和技術(shù)已在百余家醫(yī)院和藥企應用。
