器官芯片將取代動(dòng)物實(shí)驗(yàn) 醫(yī)療可期

 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的芯片概念開始應(yīng)用到生技醫(yī)療領(lǐng)域，其中“器官芯片”將逐漸取代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)是針對(duì)不同病患量身訂制藥物，達(dá)到醫(yī)療目的。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的系統(tǒng)單芯片（System on Chip， SoC），是把多樣功能整合成在一顆芯片里，再透過硅來移動(dòng)電子，進(jìn)而使系統(tǒng)運(yùn)作，讓電子產(chǎn)品發(fā)揮功能。 然這里所指的“器官芯片”（Organs-on-chips），則是將微量的化學(xué)物質(zhì)或微生物送到模仿完整器官（如肺臟、心臟等）結(jié)構(gòu)和功能的單元芯片，仿真出相同化學(xué)物質(zhì)放到真實(shí)人類器官中，所可能會(huì)發(fā)生的狀況。

換句話說，器官芯片不是創(chuàng)造人類整個(gè)完整器官，而是仿真人體器官中的小功能單元，實(shí)現(xiàn)藥物或化學(xué)物質(zhì)在非活體環(huán)境（in vitro）中，研究活體環(huán)境（in vivo）的交互反應(yīng)，用來了解、評(píng)估疾病、藥物、化學(xué)物質(zhì)與食物等對(duì)人類影響的3D芯片裝置。
2015年英國(guó)年度設(shè)計(jì)獎(jiǎng)，不是頒給谷歌的無人車，也不是清除海洋塑料計(jì)劃，而是頒給美國(guó)哈佛大學(xué)韋斯生物啟發(fā)工程研究所的器官芯片；這是英國(guó)年度設(shè)計(jì)獎(jiǎng)，首度由醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得大獎(jiǎng)。 現(xiàn)代美術(shù)館（MoMA）也將器官芯片納為收藏。
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)成效未必適用人體

以韋斯生物得獎(jiǎng)作品為例，就是仿真人類肺臟的器官芯片。 韋斯生物將半導(dǎo)體芯片的概念導(dǎo)入，將活的人體器官細(xì)胞植入芯片，使芯片可以仿真細(xì)胞在人體內(nèi)的環(huán)境。 其芯片的主要架構(gòu)，是在槽道中設(shè)置三個(gè)并列的流體信道，兩邊的信道是真空信道，中間的信道則是植入細(xì)胞的信道。
為了仿真肺臟構(gòu)造，韋斯生物在中間信道的正中間放置一層布滿小孔的生物薄膜，并在薄膜上鋪滿一層肺泡細(xì)胞，薄膜的另一面鋪滿血管細(xì)胞。 因此，薄膜上面可以流通空氣，下面可以流通血液。
另外，兩側(cè)的真空信道也設(shè)計(jì)成可收縮的結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)帶動(dòng)中間的信道一同收縮，于是肺泡細(xì)胞也跟著收縮，再將空氣與血液導(dǎo)入芯片，就可仿真正常肺臟運(yùn)行環(huán)境。 同樣地，如果要仿真肺臟感染或?qū)μ厥馕镔|(zhì)的反應(yīng)，只要將病毒、養(yǎng)分、細(xì)胞或相關(guān)物質(zhì)導(dǎo)入器官芯片，即可透過顯微鏡“看到”接下來可能發(fā)生的變化。
德國(guó)康斯坦茨大學(xué)毒理學(xué)教授Marcel Leist曾說：“人類不等于70公斤的老鼠。 ”一語道出傳統(tǒng)臨床實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵問題。
因?yàn)槿祟惻c動(dòng)物的生理結(jié)構(gòu)不同，為了實(shí)驗(yàn)需求，常將人類獨(dú)有的癌細(xì)胞或其他病原，移植到老鼠、兔子或是猴子身上；問題是，即使在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段結(jié)果良好，也無法保證轉(zhuǎn)換到人類身上時(shí)，同樣安全或同樣有效果。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，至少30％藥物分子沒有機(jī)會(huì)上市，就是因?yàn)槎拘曰蛉梭w肝臟無法代謝；這也是很多藥無法通過臨床一期（確認(rèn)毒性）或臨床二期（確定劑量及效性）的原因。