“這是類器官芯片，是一種先進的體外模型。”12月19日，湖北日報全媒記者走進武漢大學，泰康醫學院（基礎醫學院）生物醫學工程系組織工程與器官制造實驗室陳璞教授向記者展示了一排透明盒子。他介紹，這些盒子好比是一組培育裝置，內部布滿通道和腔室，將多能干細胞或人體器官組織“種進”這些盒子里，幾周內就可以培育出“迷你器官”。在方寸之間集成復雜器官功能，可用來測試藥物的有效性和安全性，進行疾病和藥理研究。
“種出”的器官有心跳
陳璞介紹，類器官芯片本質是醫工交叉的產物，以工程學芯片為培養載體，通過精準控制溫濕度、營養物質、信號等因素，結合生物學多能干細胞，能在體外誘導分化出心、肝、脾、肺、腎等器官。
那么，利用類器官芯片種出來的“迷你器官”有何作用？
陳璞拿起一個小瓶子，瓶中有一團米粒大小的團狀物：“這是我們利用跨胚層共分化類器官芯片技術，在體外培育的‘大腦-脊髓-心類器官’，能夠用于神經藥物的開發。”
陳璞補充，利用這種類器官芯片，團隊成功構建了一個心腦共發育體，在一定程度上復現了心腦發育的細胞譜系、組織結構及功能特征。大腦能夠通過脊髓來調控心臟，在這里能觀察到一系列復雜的生理和病理過程，“甚至能監測到心跳”，應用到新藥研發上，就可以用來研究藥物的神經毒性和心肌毒性。
據了解，類器官芯片在國際上已成為藥物研發和疾病研究的前沿熱門工具。在傳統藥物研發中，傳統的二維細胞培養無法模擬真實器官結構，而動物實驗又存在物種差異大、周期長等問題。類器官芯片技術的出現，不僅能夠作為更貼近人源的“替代方案”，代替小白鼠為人類試新藥，還能研究疾病機制、探索個性化治療方案。
“尤其在疾病的個性化治療上，優勢極為明顯。”陳璞坦言，腫瘤患者一般使用指南用藥，A藥沒效果就用B藥，這為患者帶來了一定風險，“但我們能夠利用腫瘤類器官芯片，培養出若干個患者來源的微型腫瘤，再嘗試不同種類的藥物、各種不同劑量。比對效果后，就能篩選出劑量安全，且對患者腫瘤真正有殺傷力的藥物，從而達到精準治療腫瘤的目的。”
轉化中國首臺聲學生物組裝儀
聲學生物制造是陳璞研究的另一大重要方向。他介紹，生物組裝是生物制造的兩個技術路徑之一，能通過調控特種能場（如聲場、磁場等）的空間勢能拓撲，操控生物微粒聚集，形成組織和器官特異性的結構。
“這是基于我們團隊技術開發的聲學生物組裝儀，是中國首臺商業化的面向人體組織和器官制造的生物組裝儀。”陳璞全球首創法拉第波多波長合成技術，由這項技術轉化而來的聲學生物組裝儀，將細胞、細胞團或類器官作為原料，經能量場聚合、光固化凝膠固定、組織培養等步驟，形成厘米級組織，相關研究已進入動物實驗階段。
“微觀尺度上，這項技術能夠更好地實現細胞間的緊密連接，使細胞間能自由交流，讓整個組織有條不紊地運轉起來，這是傳統3D生物打印技術難以做到的。”陳璞的相關研究成果在該領域發表論文20余篇，申報專利7項，獲批美國專利1項，轉化專利5項。
2016年，結束哈佛醫學院、斯坦福大學醫學院博士后工作的陳璞，回到家鄉武漢，在武漢大學工作至今。他堅信，醫學科技創新、創業和創造價值是時代主題和洪流，是這個時代醫學科技工作者的偉大事業，作為醫學生態中轉化醫學的環節，生物醫學工程學科大有可為。
陳璞團隊歷經近十年，成功將技術成果轉化為聲學生物組裝儀產品。目前團隊正與武漢大學中南醫院等合作，準備開展大腦損傷修復、腫瘤個性化治療等方向的研究者發起的臨床研究（IIT）。手握多項國際領先技術的他，既希望拓展新技術的多元應用場景，更致力于推動科技創新與產業創新深度融合，加速技術成果在湖北落地。
