新冠疫苗的研發(fā)競賽在今年秋季或?qū)⒂瓉淼谝粋€節(jié)點，除了穩(wěn)速領(lǐng)跑的中國研發(fā)隊伍以外，歐美國家的研發(fā)團隊也瞄準了9月帶來能夠緊急投入使用的疫苗。
面對COVID-19新冠病毒，這一難以在短時間內(nèi)消滅，甚至有可能和人類永遠共存的病毒，顯然傳統(tǒng)的藥物研發(fā)速度難以抵抗。
為了追趕新冠病毒再發(fā)生變異的腳步，搶先一步地找到其穩(wěn)定的部分進行有效免疫成為當下藥物與疫苗研發(fā)的關(guān)鍵，而科研人員們都希望這個速度能夠再快一點。
因此我們急需一種技術(shù)：能夠縮短新冠藥物的研發(fā)周期，為臨床實驗提速，并且能夠保證足夠的安全有效。目前，一種名為“器官芯片”的前沿技術(shù)正在發(fā)揮作用解決這些問題。
器官芯片“organs-on-a-chip”（以下簡稱OOC），可以把這種技術(shù)形象的理解為：在一塊芯片上建造人體器官的機構(gòu)與功能系統(tǒng)，模擬疾病發(fā)生，以此體體外預(yù)測各種藥物或者外界刺激下的各種反應(yīng)。
這和細胞培養(yǎng)研究很有相似之處，而實際上OOC的技術(shù)也確實是細胞培養(yǎng)研究再經(jīng)歷了100多年后的進階版。
當然OOC成為熱門也是因為新藥研發(fā)的尷尬困局。和治療新冠的疫苗與藥物面臨的挑戰(zhàn)一樣，目前各種新藥的研發(fā)周期平均都在10年左右，且據(jù)FDA的數(shù)據(jù)報告顯示經(jīng)過動物實驗驗證安全有限的藥物中，92%都會在人體臨床中失效，高效低產(chǎn)是目前藥物研究領(lǐng)域的命運。
而OOC的技術(shù)特性有機會扭轉(zhuǎn)這種局面：它不僅能讓讓科學(xué)家們有機會通過顯微鏡看清細胞的病理變化；也能夠代替動物、人類進行藥物測試；并在早期篩選候選藥物的功效和毒性，為藥物研發(fā)全面提速。
在 COVID-19 新冠病毒出現(xiàn)之前，科學(xué)家們已經(jīng)模擬出了多種人類器官的“芯片”來促進藥物開發(fā)和個性化醫(yī)學(xué)治療，像是人體的肺、肝臟、眼睛、女性生殖系統(tǒng)等。
這是來自賓夕法尼亞大學(xué)實驗室的“眼動芯片”。它和隱形眼鏡大小形狀相似，模擬人類眼睛的眼表狀態(tài)，包含角膜、結(jié)膜細胞。黃色是營養(yǎng)物質(zhì)正通過微流體通道傳向中間的“眼球”。研究人員還設(shè)計了一個會眨眼的眼瞼，以保持芯片表面保持潤滑。這些類眼芯片為眼部疾病建模，可以在芯片上進行藥物實驗和病理觀察。
這是西北大學(xué)的女性“月經(jīng)模型EVATAR”，的確這個巴掌大的東西第一眼看上去它更像是某個計算機上拆下來的零件。
芯片上其實連接了五個微型器官的細胞：輸卵管，子宮，陰道，卵巢和肝臟。它們會通過“泵”的作用攜帶藍色的模擬血液移動，來模仿女性28天的月經(jīng)周期生殖系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，以此闡明一些生理疾病，
哈佛大學(xué)懷斯學(xué)院的“肺泡芯片”大概只有拇指大小，上面構(gòu)建了充滿了人肺泡上皮細胞和空氣的黃色上部通道，和血液細胞的藍色下通道。他們利用這個看似簡單的芯片研究機械力對于呼吸的影響，甚至也用它研究了吸煙過程中對支氣管上皮細胞的影響。
類似上面這些模擬人體構(gòu)造的器官芯片還有很多，OOC將復(fù)雜的人體經(jīng)過數(shù)理和建模拆解成一個個最小功能單元，將各個器官或者說是細胞的運作過程曝光且放大到芯片上。
這是OOC的優(yōu)勢但也同樣是它的瓶頸，正如我們看到的，OOC目前模擬的只是幾種人體細胞的運作，雖然研究人員也在試圖將這些器官芯片連接起來，形成一個集成電路中的微型器官系統(tǒng)，但它的復(fù)雜性離真正的器官還很遠。
器官芯片OOC也加入了這場全球性的抗擊 COVID-19 新冠病毒的藥物和疫苗研發(fā)中。它與藥物和疫苗不同，OOC試圖從芯片上找到打擊新冠的靶點。
為什么 COVID-19 能夠如此容易并且迅速的傳播？為何能快速打破免疫系統(tǒng)屏障侵入人體？目前仍然是未知。
為此來自加拿大的一組科研人員，正在在芯片上創(chuàng)建：鼻子、嘴、眼睛、肺部的模型，用來觀察新冠病毒如何打破這些保護屏障進入體內(nèi)。
這種觀察與實驗是無法在人體操作的，借助這些芯片科研人員能夠看到病毒感染24小時期間發(fā)生的變化，更長遠一點的話，可以觀察到長達14天潛伏期發(fā)生的一系列病變。
而這項研究面臨最大的挑戰(zhàn)就是在芯片上模仿人類的免疫系統(tǒng)，這是人體抵抗新冠病毒做出反應(yīng)的關(guān)鍵，而人體免疫細胞像是T細胞和B細胞，目前無法人工制造。
另外利用OOC技術(shù)研究對抗 COVID-19 的研究人員在用其他方式探索病毒，他們試圖建立一種血液的檢測芯片，來讀取感染新冠后會產(chǎn)生哪些細胞標志物來激活免疫反應(yīng)。不過研究人員表示，新冠病毒的狡猾之處在于它的變化速度相當快，發(fā)現(xiàn)最早的標志物難度相當大。
在與新冠病毒競賽爭分奪秒戰(zhàn)斗的日子里，顯然想要快速突破器官芯片的技術(shù)瓶頸相當之難，但是這種技術(shù)或許能成為一種輔助手段。雖然器官芯片OOC目前無法取代人體和動物實驗，但它能夠成為某些測試階段很好的替代品，讓人們能夠多一些機會抓住病毒的把柄，預(yù)測藥效的成敗。
新冠病毒為人們帶來疫苗與藥物研發(fā)的最高難題，但也勢必會推動顛覆性的科學(xué)技術(shù)快速向前跑。
參考資料：
https://www.roche.com/research_and_development/what_we_are_working_on/research_technologies/organs-on-a-chip-technology.htm
https://www.the-scientist.com/news-opinion/organs-on-chips-31020
https://healthcare-in-europe.com/en/news/organ-on-a-chip-model-to-find-out-how-covid-19-invades-our-bodies.html#
https://healthcare-in-europe.com/en/news/multi-organ-lab-on-a-chip-to-reduce-animal-testing.html
https://www.navs.org/using-organs-on-chips-to-combat-covid-19/#.XrujdxMzbBI
