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大橡科技研发首款国产器官芯片,打造生物医药研发新兴试验场

2020-08-17 09:45
动脉网
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“只有一个记忆卡大小的人体器官微缩模型,可以使研究人员用前所未有的方式检验生物机制和行为、检验过程、控制过程,为医学和药物制造带来彻底的变革。”2016年世界达沃斯经济论坛上,器官芯片被评为十大新兴技术之一,成为与区块链、纳米传感器、石墨烯等新兴技术并列的十大创新技术。于生物医药领域而言,器官芯片将极有可能成为又一颠覆性前沿技术,为生物医药研发难题提供解决方案。

器官芯片应运而生。麦姆斯咨询研究分析,器官芯片有潜力为生理相关的体外药物测试提供更好的试验预测。每年可节省数亿美元的开发成本,缩短药物开发时间,并能避免由于2D细胞培养和动物实验等替代模型缺乏预测性而导致的失败。

生物组织工程和微流控技术的结合,使三维人体器官生理微系统,如活体细胞、组织界面、生物流体、机械力等器官“微环境”关键要素得以在这一块方寸之间的器官芯片上构建。人类器官结构和功能特征也由此实现在人体外的重现。

基于这块芯片,呼吸的“肺”、跳动的“心脏”、流动的“血管”……开始剥离开与人类具有种属差异的动物体独立于人体外而存在。器官芯片将为实验精准度以及研发进程带来大幅提升。

事实上当2010年器官芯片的概念刚传入国内,大橡科技核心人员便开始对这一领域进行研究学习。十多年的研究经历,使得其核心人员兼具微流控芯片技术及细胞组织工程学的专业见解。其中,大橡科技CTO肖荣荣研究内容便横跨生物技术、微流控芯片、生物组织工程、分子生物学在内的多个专业领域。

核心技术的研发能力成为了大橡科技得以在仍处于萌芽期的器官芯片市场中,成为佼佼者的一大原因。

目前,大橡科技已研发出三款器官芯片平台,并在此基础上构建了肿瘤、肝、血脑屏障、肝-肿瘤、血脑屏障-肿瘤等多种器官芯片模型,实现了细胞从2D维度向3D维度的跨越。

可能与不可能:器官芯片的前世今生

2004年,全球第一篇关于器官芯片的研究文章发表,提出了这一概念。2010年,在中美两国器官芯片研究仍基本处于同一起跑线时,美国政府开始有组织、系统性的支持器官芯片研究及后续产业化,对器官芯片研发投入了大量资源。

尽管中国的科研机构在2010年前后也开始投入更多精力研究器官芯片技术,科技部也在2013年推出器官芯片重大专项。但器官芯片行业在国内整体仍缺乏资金和政府系统性组织的支持,停留在科研层面,多是科研性文章产出,产业应用极少,行业发展相对落后。

相较于国内以动物模型使用为主的新药临床前试验,欧美药企由于对试验精准度、研发回报率的追求,使其持续加大在器官芯片研究使用上的投入。器官芯片已逐渐成为其减少动物实验、推动新药研发的重要工具。

过去,国内药企以研制仿制药为主,对临床前试验数据要求不高,导致国内器官芯片应用场景较为缺乏。2017年起,中国创新药产业政策支持力度加大,多项政策的发布,使国内创新药研发迈入黄金期,自主可控的生物医药研发成为国家战略性发展需求。

多年在行业内的沉淀,使大橡科技敏锐的察觉到了这一市场痛点,选择在器官芯片领域作出深入的布局,聚集了一批通识微流控、医学组织工程、细胞生物学、药理学、病理学等学科“专才”,用核心研发能力打破了不可能,推出国内首款商用器官芯片平台IBAC S1、IBAC M1、IBAC M2及其他器官芯片模型。以降低新药研发成本、缩短新药研发周期、降低新药研发的失败几率。

IBAC S:科研福音

针对科研用户,大橡科技专门研发了片IBAC S系列器官芯片。这一类芯片为3D单器官芯,相较于市场上低吸附U型培养板,该类芯片大小孔嵌套设计使每一小孔仅需1-10μL凝胶。防蒸发设计更是解决了试验边缘效应的问题,降低了新药研发产品用量。其96孔的设计,则使试验能够进行高通量药物筛选。

同时,该器官芯片拥有对细胞微环境极强的仿生能力,能够适用基于各类水凝胶的细胞3D培养。其与高内涵仪器兼容,成像试验可精准定位。超薄光学透明玻璃底板,则为更高质量的成像打下基础。在器官芯片的材料上,大橡科技选用黑色材料解决了荧光信号串扰问题。

目前,大橡科技已应用IBAC S1/SR1构建了3D肿瘤模型、3D PHH肝毒模型,并完成了类器官培养、血管生成等实验。

IBAC M1:以多器官芯片构建具屏障功能器官模型

IBAC M系列主打多器官芯片,IBAC M1这一款屏障类器官芯片平台,能够通过重力作用驱动流体流动,实现高通量、无泵、连续恒定灌流。该款器官芯片不仅具有IBAC S系列功能,还能够与商品化跨膜电阻测量仪兼容,快速、实时监测屏障。基于IBAC M1可构建各种具有屏障功能的单器官模型,如血脑屏障、肠、肾、肺等,也可以构建具有屏障功能的多器官共培养模型,如BBB-肿瘤模型,肠-脑模型等。

IBAC M2:以耦合型设计打造易用研发工具

IBAC M2是大橡科技研发生产的耦合型多器官芯片,其上下耦合型芯片设计,使该芯片可以实现灵活组装和拆卸。上层芯片十字形设计,可以实现3D器官的微量、高效固定。下层芯片的通道设计,使换液和加药无需拆卸芯片,更为简便易用。基于IBAC M2,可构建非屏障功能的多器官共培养模型,如肝-肿瘤模型等。

大橡科技三款产品的问世,满足了药物研发所需多维度要求,也补足了国内器官芯片商用的市场空白,缓解了国外相关公司对中国技术“卡位”的潜在风险,为国内药企新药研发提供了更有竞争力的创新技术和平台。国产器官芯片问世对推进国内生物医药行业新药研发进程具有重要意义。

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