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日前，清華大學(xué)《探臻科技評(píng)論》2023“青年最關(guān)注的改變未來十大變革科技”榜單發(fā)布。類器官芯片被認(rèn)為“打造仿生人體的體外模型，醫(yī)藥行業(yè)的顛覆性技術(shù)”上榜。

類器官芯片（Organoids-on-Chips）是一種在芯片上構(gòu)建的器官生理微系統(tǒng)，以微流控芯片為核心，通過與細(xì)胞生物學(xué)、生物材料和工程學(xué)等多種方法相結(jié)合，可以在體外模擬構(gòu)建包含有多種活體細(xì)胞、功能組織界面、生物流體和機(jī)械力刺激等復(fù)雜因素的組織器官微環(huán)境，反映人體組織器官的主要結(jié)構(gòu)和功能特征。

類器官芯片可廣泛應(yīng)用于藥物篩選、疾病模擬、個(gè)性化醫(yī)療、毒性測(cè)試等領(lǐng)域，市場(chǎng)前景十分廣闊。跟隨火石創(chuàng)造走進(jìn)這項(xiàng)新技術(shù)，一探類器官芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)。

01

類器官芯片產(chǎn)業(yè)全景圖

（一）產(chǎn)業(yè)鏈條

類器官芯片產(chǎn)業(yè)上游行業(yè)包括生物材料制造商、微流控芯片制造商、化學(xué)試劑制造商和醫(yī)用材料制造商等。生物材料制造商主要生產(chǎn)和供應(yīng)類器官芯片制造過程中所需的細(xì)胞、蛋白質(zhì)、細(xì)胞外基質(zhì)等生物材料，是類器官芯片制造的關(guān)鍵組成部分。微流控芯片制造商生產(chǎn)和供應(yīng)類器官芯片制造中所需的微流控芯片，負(fù)責(zé)控制細(xì)胞培養(yǎng)的環(huán)境和微觀流體的運(yùn)動(dòng)。類器官芯片上游行業(yè)是產(chǎn)業(yè)鏈條的重要組成部分，對(duì)類器官芯片的質(zhì)量和效果起到關(guān)鍵作用。當(dāng)前，由于類器官芯片行業(yè)尚處于發(fā)展早期，中下游需求尚未放量。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，上游的企業(yè)數(shù)量占比高達(dá)80%。中游為類器官芯片生產(chǎn)制造企業(yè)。目前市場(chǎng)規(guī)模相對(duì)較小，但全球范圍內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)出了不少相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)、初創(chuàng)企業(yè)和大型企業(yè)。下游行業(yè)主要是醫(yī)療和生命科學(xué)研究等領(lǐng)域。在醫(yī)療領(lǐng)域，可用于藥物篩選、毒性測(cè)試、個(gè)體化醫(yī)療、移植醫(yī)學(xué)等方面。在生命科學(xué)研究領(lǐng)域，可用于細(xì)胞和組織的研究，以及疾病發(fā)病機(jī)制、藥物作用機(jī)理等方面的問題。另外，還可以用于食品安全、化妝品測(cè)試、環(huán)境保護(hù)等方面。

圖 類器官芯片產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

來源：火石創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)中心

（二）功能分類腦器官芯片。

一般采用雙通道結(jié)構(gòu)，分別形成神經(jīng)血管單元的血管端和神經(jīng)端，中間由多孔聚碳酸酯膜隔開，分別由兩套流路系統(tǒng)進(jìn)行控制，以模擬在體情況的血腦屏障結(jié)構(gòu)。芯片一側(cè)通道為星型膠質(zhì)細(xì)胞，另一側(cè)通道為腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞，微流泵以恒定的流速灌注培養(yǎng)。

肝器官芯片。

大多是在芯片上建立肝臟的部分生理學(xué)模型，如膽小管、肝小葉、肝血竇模型等，并利用這些生理模型進(jìn)行藥物研發(fā)和毒理學(xué)研究。芯片肝模型的優(yōu)勢(shì)在于能夠在微米量級(jí)形成具有部分肝功能的細(xì)胞簇，進(jìn)而構(gòu)成接近人體形態(tài)學(xué)的肝模型，在較長時(shí)間內(nèi)保持肝臟特異性的功能。

腎器官芯片。

利用微流控芯片系統(tǒng)對(duì)微流體、細(xì)胞及其微環(huán)境的操控能力，在微流控芯片上構(gòu)建以在體外模擬腎臟功能為主要目標(biāo)的集成微系統(tǒng)。腎芯片技術(shù)的出現(xiàn)為藥物和疫苗的有效性和安全性評(píng)估，以及生物醫(yī)學(xué)研究提供了更接近人體真實(shí)生理和病理?xiàng)l件的、成本更低的研究模型。

肺器官芯片。

含有上下兩個(gè)通道，兩個(gè)通道由一種薄的柔性的多孔膜隔開。將不同的細(xì)胞培養(yǎng)在膜兩側(cè)：上通道為人肺泡上皮細(xì)胞，下通道為人肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞。肺芯片的微裝置中誘導(dǎo)培養(yǎng)了內(nèi)皮和上皮細(xì)胞，可以表現(xiàn)出復(fù)雜的器官層次的生理功能。

心臟器官芯片。

能夠模擬心臟的不同特性，如機(jī)械性收縮運(yùn)動(dòng)、分子運(yùn)輸、電刺激和對(duì)某些藥物刺激的特定反應(yīng)等。在微流體通道中培養(yǎng)不同類型的細(xì)胞來產(chǎn)生適當(dāng)?shù)男呐K組織，如心肌細(xì)胞（CM）、血管內(nèi)皮細(xì)胞（EC）等。此外，向心臟芯片器官模型中連續(xù)灌注培養(yǎng)介質(zhì)可模擬心肌組織上血流引起的剪切應(yīng)力，從而準(zhǔn)確地研究心肌組織的復(fù)雜體系結(jié)構(gòu)。

腸器官芯片。

作為一種重要的研究工具，常用于藥物吸收、腸道炎癥和大腸癌等研究。血管器官芯片。能夠加快對(duì)血管網(wǎng)絡(luò)這一復(fù)雜系統(tǒng)的病理、生理學(xué)研究。

02

類器官芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

（一）市場(chǎng)規(guī)模

從全球看，2018-2022年間，類器官芯片市場(chǎng)規(guī)模從0.21億美元增長至0.88億美元，預(yù)計(jì)2023年全球類器官芯片市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到1.22億美元。

圖 2018-2023年全球類器官芯片市場(chǎng)規(guī)模（億美元）

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

從全國看，2019年以前，類器官芯片行業(yè)由于不具備商業(yè)化生產(chǎn)能力，國內(nèi)類器官芯片需求完全依賴進(jìn)口。2019年以來，隨著我國類器官芯片技術(shù)逐步成熟，器官芯片產(chǎn)品加快上市推廣，加之價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。2022年，我國類器官芯片市場(chǎng)規(guī)模為0.05億美元，占全球的5.69%；預(yù)計(jì)2023年我國類器官芯片市場(chǎng)規(guī)模達(dá)0.13億美元，占全球的10.80%。

我國類器官芯片企業(yè)主要分布于珠三角、長三角以及北京地區(qū)。

主要因?yàn)轭惼鞴傩酒�企業(yè)需要依托創(chuàng)新資源，與高校、醫(yī)院、研究機(jī)構(gòu)在成果轉(zhuǎn)化上進(jìn)行密切合作。如東南大學(xué)蘇州醫(yī)療器械研究院由東南大學(xué)、蘇州高新區(qū)、江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院三方共建，成立以來在腫瘤類器官、心臟類器官、器官芯片及上游材料與設(shè)備自動(dòng)化方面均有突破，孵化出艾瑋得生物等代表企業(yè)；復(fù)旦大學(xué)的遺傳工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“類器官中心”以類器官前沿技術(shù)開發(fā)及其再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用為研究內(nèi)容，構(gòu)建了全球首例人源類器官新冠病毒感染模型。

圖 2022-2026年中國類器官芯片市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)（億美元）

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

從企業(yè)看，全球類器官芯片行業(yè)市場(chǎng)集中度較高，由北美和歐洲地區(qū)廠商主導(dǎo)，主要企業(yè)有Emulate、Mimetas、TissUse和ValoHealth等，TOP3企業(yè)市占率為44.87%。近些年，我國類器官芯片行業(yè)取得了較大突破，產(chǎn)品成熟度不斷提升，并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。目前，我國類器官芯片主要企業(yè)有北京大橡科技有限公司、安徽駱華生物科技有限公司、江蘇艾瑋得生物科技有限公司、蘇州濟(jì)研生物醫(yī)藥科技有限公司等。

表 全球及中國類器官芯片重點(diǎn)企業(yè)

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

（二）相關(guān)政策

從全球看，各國政府大力支持和推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，美國尤為重視。2012年，美國的國立衛(wèi)生研究院（NIH）、食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）和國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）投入了7500萬美元聯(lián)合發(fā)起“Organs-on-chips”挑戰(zhàn)項(xiàng)目，首次把類器官相關(guān)技術(shù)上升到國家戰(zhàn)略層面。支持成立國際微生理系統(tǒng)學(xué)會(huì)（iMPSS）以及IQ聯(lián)盟（Innovation and Quality Consortium）等相關(guān)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織，設(shè)立多家器官芯片測(cè)試中心，推進(jìn)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立，加快類器官芯片行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化。

2023年1月，F(xiàn)DA允許類器官芯片替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于藥物的臨床前研究，由此類器官芯片步入新的發(fā)展階段。歐盟在政策和資金方面對(duì)類器官芯片產(chǎn)業(yè)支持力度不斷加大。

政策方面，2013年出臺(tái)禁止動(dòng)物用于化妝品測(cè)試等政策，極大地促進(jìn)了行業(yè)對(duì)類器官芯片等動(dòng)物替代性技術(shù)的關(guān)注。資金方面，歐盟投資最多的全球性科技開發(fā)計(jì)劃——歐盟第七框架計(jì)劃（7th Framework Programme），其中包含類器官芯片項(xiàng)目。我國近年來相繼出臺(tái)一系列政策，系統(tǒng)性推進(jìn)類器官芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2018-2020年，類器官相關(guān)課題連續(xù)3年出現(xiàn)在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目指南；2021年1月，國家科技部下發(fā)《關(guān)于對(duì)“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃6個(gè)重點(diǎn)專項(xiàng)2021年度項(xiàng)目申報(bào)指南征求意見的通知》，把“基于類器官的惡性腫瘤疾病模型”列為“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中首批啟動(dòng)重點(diǎn)專項(xiàng)任務(wù)；同年11月，國家藥品監(jiān)督管理局藥品審評(píng)中心首次將類器官列入基因治療及細(xì)胞治療的驗(yàn)證指南基因治療產(chǎn)品非臨床藥理學(xué)研究；2022年7月，中國首個(gè)類器官指導(dǎo)腫瘤精準(zhǔn)藥物治療的專家共識(shí)面世。

此外，國內(nèi)支持實(shí)驗(yàn)室自建檢測(cè)方法（LDT）試點(diǎn)，極大激發(fā)了類器官芯片相關(guān)企業(yè)將產(chǎn)品應(yīng)用于臨床發(fā)展的熱情，目前上海、廣州等地的部分公立醫(yī)療機(jī)構(gòu)已經(jīng)被列為試點(diǎn)綜合類單位。

表 我國在類器官芯片行業(yè)的部分政策、專項(xiàng)支持及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定情況

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

03

發(fā)展未來

近年來，類器官芯片技術(shù)逐步釋放自身應(yīng)用價(jià)值，落地應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展和豐富，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入新階段。未來，類器官芯片產(chǎn)業(yè)將會(huì)加快與人工智能、高通量檢測(cè)技術(shù)、基因編輯、3D生物打印和新型生物材料多種創(chuàng)新技術(shù)融合，不斷拓展應(yīng)用邊界，向自動(dòng)化、高通量、體外實(shí)時(shí)檢測(cè)、精細(xì)化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。從國內(nèi)市場(chǎng)看，在政策引導(dǎo)下，隨著創(chuàng)新藥和生物藥領(lǐng)域發(fā)展迅速，對(duì)類器官芯片的需求將進(jìn)一步高漲。

—END—

作者 | 火石創(chuàng)造 魯方審核 | 火石創(chuàng)造 陸芳 殷莉

       原文標(biāo)題 : 醫(yī)藥行業(yè)顛覆性技術(shù)！類器官芯片產(chǎn)業(yè)鏈圖譜及全球重點(diǎn)企業(yè)分析