在电影《阿凡达》中，为了获得潘多拉星球的资源，人类与纳美人(潘多拉地球)的DNA混血，培养出身高近3米的阿凡达，受人类意识控制，被派往潘多拉地球做卧底。
卡梅隆导演以十年磨剑的精神，为公众提供了一场极好的视觉盛宴和一个奇妙的科幻世界。
众所周知，曾经经典的科幻电影中的酷慢慢被科学家变成了现实：不知疲倦的科学家正在创造真正版本的阿凡达“替身”，完成体外药物测试，以加快药物研发过程。
这就是类器官技术。
从器官到器官芯片，体外的“阿凡达”帮助新药的研发，正在成为现实。
缺乏动物模型，
催生器官技术
目前，世界上有7000多种罕见疾病，但由于缺乏动物模型，只有大约400种疾病正在积极研究。
随着类器官及其芯片技术的出现，预计将取代临床前动物模型，评估具有临床安全数据的“老药”，为支持新适应症提供疗效证据。
类器官是通过提取干细胞，在特定的环境中生长，模仿要模拟的器官条件而产生的。允许细胞自组织发育后，形成类似器官的三维结构。
目前，该技术已用于各种器官，包括肠道、肝脏、肾脏和大脑，并已用于研究这些器官的发育和疾病的影响。
图1类器官的培养
图片来源：参考论文7
不同类型的器官芯片是一种模拟人体器官功能的微生物反应器，可用于药物筛选、毒理学研究和疾病模型建设。
1907年，贝克卡罗来纳大学教授威尔逊发现，机械分离的海绵细胞可以重新组装并组织成具有正常功能的新海绵生物。他的研究成果发表在1910年，成为“类器官”概念的最早原型。
此后，干细胞技术的快速发展给类器官研究带来了关键机遇。
荷兰HansClevers团队于2009年将肠道干细胞培养成“迷你肠道”结构，即“类器官”，这是生命科学和医学研究领域的里程碑式突破。
2022年2月，类器官芯片在临床前研究中的应用达到了新的里程碑:FDA首次批准了赛诺菲补体C1s蛋白靶向抗体药物Sutimlimab，完全基于人类器官芯片研究中获得的临床前疗效数据和现有的安全数据。
下图是由3D打印技术和塑料材料制成的不同类型的器官芯片。这些芯片的设计和结构可以模拟人体器官的具体功能和机械变形，具有广泛的应用潜力，可用于疾病建模、药物开发、组织再生等领域。
图2类器官芯片
图片来源：参考资料文7整理
此外，精确的肿瘤医学检测技术主要包括3D肿瘤器官模型技术、基因检测方法和PDX(小鼠)模型(人类肿瘤异种移植)。
其中，3D肿瘤器官模型技术和PDX模型是从患者肿瘤组织中建立的活肿瘤模型，属于功能检测技术。
由于肿瘤的生物复杂性，临床用药的功能检测比基因测序更准确。
表1肿瘤精准医疗检测技术比较
数据来源：嘉士腾生物官方网站
赛道风起，
分析世界主要玩家
据《中国商业新闻》报道，器官和器官芯片技术可能会改变当前行业的发展秩序。
2019年，北美器官市场达到2.9亿美元，预计2027年将达到14亿美元，年复合增长率将超过21.7%；AlliedMarketresearch分析，2020年器官芯片市场价值1.03亿美元，预计到2030年价值将达到16亿美元，年复合增长率约为31%。
全球器官及其器官芯片行业的主要商业模式，包括产品直销和服务，行业商业模式将涵盖精密仪器设备CRO(医药研发合同外包服务机构)和Biotech(生物技术企业)。
此外，该领域80%的企业仍集中在产业链上游，包括为行业提供器官和器官芯片自动化、高通量操作仪器、芯片制造、成像设备等，以及培养板、试剂盒、水凝胶、纳米纤维、基质胶、合成支架、蛋白质和特殊耗材。
以作者所在的韩国为例，许多新药研发项目的活性评估已经开始使用类器官实验，合作实验室将从韩国细胞银行订购类器官进行活性评估。
作者对国外器官代表企业进行了调查，整理如下：
代表2国外类器官的企业
这些公司专注于类器官技术的不同方面。例如，STEMCELLTechnologiesInc.专注于开发器官生成产品，而Hubrechtorganoidtechnology则专注于开发器官试剂盒和试剂。
Definigen专注于基于类器官的药物发现平台，而Cellesce有限公司专注于基于类器官的疾病模型的开发。
Tishcon专注于基于类器官的再生医学平台的开发，OcellOB.V.专注于基于类器官的眼部疾病模型的开发。
此外，20多家TOP制药公司，包括艾伯维、默克和诺华，非营利组织IQ联盟共同成立（InnovationandQualityConsortium），致力于促进类器官芯片的标准化应用，加快药物研发进程。
对于肝、肾、肺等模型，已发布了一系列行业标准。
图3人体器官芯片化生物技术公司产品示意图
图片来源:EmulateInc官网截图
在国内方面，恒瑞医药、百济神州等制药企业已将类器官技术应用于新药研发；同时，自2018年以来，国内器官公司相继成立，近年来嘉士腾生物、丹望医疗、大橡科技等器官企业不断涌现。
重庆嘉士腾生物
具有自主创新的肿瘤器官培养、器官库建立、高通量药物敏感性分析等创新核心技术，可通过领先的肿瘤器官药物敏感性分析服务，评价各种抗肿瘤药物对个体化肿瘤的影响，提供准确的医疗咨询服务。
同时，帮助肿瘤创新药物研发企业和机构设计最接近患者的疗效模型，科学设计新药开发路径和临床试验方案。
图4嘉士腾生物服务项目
图片来源:嘉士腾官网:嘉士腾
上海丹望医疗
在疾病诊断和治疗、新药筛选、肿瘤标志物开发和鉴定中应用最新的再生医学器官技术临床转化，努力为临床提供个性化治疗的新技术，为新药研发提供准确、高效、高质量的器官模型。
建立了肺、胰、乳、胃、肠、肝等人体器官组织的器官培养体系。国际器官领域的鼻祖HansClevers院士作为联合创始人和首席顾问科学家加入了丹望医疗。
北京大橡科技
致力于推动和引领器官芯片在新药研发、疾病建模、个性化精准医疗等领域的广泛应用。
据媒体报道，大橡科技自研器官芯片产业化，Pre-B轮融资近亿元。安可芯®，作为肿瘤患者的“体外阿凡达替身”，帮助患者筛选敏感抗癌药物，为临床医生制定肿瘤个体精确用药计划提供科学依据。
除上述三家企业外，2016年至2021年，在北京、重庆、广州、上海、苏州、杭州等城市成立了14多家与器官相关的公司。
类器官产业
局限性和解决方向
与传统的细胞培养物相比，类器官在技术上有许多优点。
它们更复杂，可以更好地模仿它们模拟的器官的功能。这使得它们在研究疾病和开发新药方面更有用。
然而，现阶段类器官也存在一些外部局限性，如类器官的成熟度和功能水平仍然有限。
虽然类器官可以复制体内组织的许多方面，但它们并不像实际器官那样完全发育或发挥作用。在研究或医疗目的时，必须考虑这一局限性，因为它们的能力可能不能完全反映相应的体内组织能力。
此外，类器官不能完全消除异质性。这是因为用于制造类器官的细胞通常来自不同的来源，可能存在无法完全控制的固有差异。
此外，在建立类器官系统的细节之外基质（ECM）成分仍需优化。ECM被用作支架，支持细胞生长和分解，模拟人类组织结构和功能的三维结构。研究人员开发了修改ECM的技术，包括修改ECM蛋白质的类型或浓度，将生命长因子或其他信息点添加到ECM中，或改变ECM支撑架的物理特性。优化ECM成分的目标是克服当前器官工艺方法的局限性。
对比图5中器官的局限性和解决方案
图片来源：参考论文7
此外，在政策层面，国内器官产业的发展有三个制约因素：合规路径的开放、“外国单位”认定标准的不明确和外商投资问题。
然而，随着类器官产业的发展，未来仍有四个亮点值得关注：
在新药研发中，需要制定类器官的应用标准，以提高研究结果的临床可及性；
临床药物筛查业务将转变为合规医院收费模式；
类器官与干细胞、基因工程技术的融合应用，将加快再生医学的发展；
高品质器官样本库已成为行业竞争的核心资源，将引领行业发展。
结语
虽然药物开发的结果仍然有限，但这项有前途的新技术预计将彻底改变我们研究疾病和开发新药的方式，预计它将在未来的医学领域发挥越来越重要的作用。
期待着国内首款采用类器官技术开发的新药的诞生。
参考资料：
1.类器官行业的亮点和制约因素:
https://www.gdpmaa.com/News/details?id=a2a5d94d-90d3-4972-bf4a-1e25443093d6
2.类器官类器官迎来了国内外公司行业地图的新机遇
https://36kr.com/p/2012195835045510
3.自然子刊综述:药物开发和个性化医疗器官芯片:
Humanorgans-on-chipsfordiseasemodelling,drugdevelopentandpersonalidededineNatureReviewsGenetics
4.自然子刊介绍韩国细胞银行的器官业务:
https://www.nature.com/articles/d42473-021-00643-0
5.人体器官芯片化生物技术公司：
EmulateInchttps://emulatebio.com/
6.嘉士腾官方账号：
https://mp.weixin.qq.com/s/F4WAxzJE86Sge1DZWGIL
7.自然子刊图文介绍器官：
https://www.nature.com/articles/s43586-022-00174-y/figures/6
8.3D体外器官如何提高抗癌新药发现的可预测性：
https://www.crownbio.cn/2022-11-10/
9.类器官技术：一种可靠的药物筛选工具：
https://www.crownbio.cn/2023-1-11/
10.丹望医疗官网:专注器官技术的平台公司:
http://www.d1med.com/
11.北京大橡科技：类器官芯片领导：
https://www.daxiangbio.com/
12.类器官与类器官芯片的异同:
https://m.jiemian.com/article/7442953.html
