行業觀察/器官芯片推動精準定製化治療\梁頴宇
提起芯片，大家最先聯想到的是什麼？相信十居其九都會是人工智能，最後一位也未必會想到「器官芯片」（Organ-On-a-Chip），一種基於人體細胞、可於體外模擬人體器官功能，用於疾病建模，以及藥品、化學物質和毒理反應等測試的新興生物科技。其於2016年世界經濟論壇被列為將改變人類生活的十大新興技術之一，為新藥研發與個人化醫學研究帶來創新。
簡單來說，這是一種融合微流控技術（Microfluidics）、細胞生物學和組織工程學的創新科技。器官芯片本身通常由透明、可塑的聚合物材料製成，內部包含精細設計的微小通道和腔室系統。基本操作是把人體細胞接種到培養腔室中，再經由微小通道精確輸送營養物質和氧氣，同時調控流體力學環境，使細胞所處的微環境動態變化，接近真實的人體生理狀態。大家可以把器官芯片看作人體器官的「替身」，為藥物研發和疾病研究提供高度仿生的平台，研究人員可以利用高內涵顯微鏡成像、代謝物檢測等技術，即時監測細胞的生理狀態和功能變化。
聽起來很科幻也很遙遠，實際上概念早於1990年已有人提出。直至2010年由哈佛大學韋斯生物啟發工程研究所Donald E. Ingber教授之研究團隊，成功創建了首個能夠模擬呼吸運動的肺芯片，突破過往體外試驗無法模擬體內微環境的局限，才標誌着器官芯片技術的正式誕生。Ingber及其團隊迅即得到美國食品藥品監督管理局（FDA）等的資金支持，隨後更於2014年創立了Emulate公司，致力於將器官芯片技術商業化。
目前研究人員已開發出人體多個器官的器官芯片，能夠模擬大腦、肺、心臟、胰腺、肝臟和腎臟等的結構和功能；也開發了原位癌症器官芯片，以模擬腫瘤的結構和生理特性，例如肺腺癌芯片、乳腺癌芯片和多發性骨髓瘤芯片等，幫助科研人員深入理解各種生理和病理過程。
傳統藥物研發倚賴動物試驗，但動物研究存在局限，由人源細胞組成之器官芯片，於細胞層面模擬生理環境與器官的關鍵要素及動態變化，在人體生理與免疫反應測試方面，能有效降低物種差異造成的試驗結果偏差，提高試驗預測的精確度，實際應用除可減少對於動物試驗的依賴之外，更可藉個人化細胞建構器官芯片，推動個人化醫療應用發展。
此外，器官芯片可以如體外試驗般控制參數、操控微量流體，以及設定反應條件，用於藥物研發的數據品質顯著高於現在普遍使用的酶活性等體外測試模型，臨床相關性也更高，通過這種技術驗證有效的藥物在臨床期間的表現會更好。
縮短藥物研發周期
器官芯片另一優勢是能將試驗體積微量化，微流道內空間小反應速率快，可以節省測試藥品的使用，具效率與成本優勢。加上各國政府監管機構支持，如美國FDA於2025年4月發布《減少臨床前安全性研究中動物試驗的路線圖》，計劃逐步取消在單克隆抗體療法和其他藥物研發中的動物試驗要求，讓製藥公司不用擔心使用器官芯片技術所得的數據不被接受，長遠目標更是將動物試驗從常規轉為例外，經驗證的器官芯片、電腦模擬等創新平台將有機會涵蓋所有的關鍵測試，動物實驗只在新技術無法測試時才會採用，驅使這種新模型、新技術受到越來越多的關注。
隨着器官芯片的驗證準確性漸獲肯定，許多大型醫藥公司如羅氏製藥、阿斯利康、默克、強生和莫德納等都積極參與，把新技術廣泛應用於藥物篩選和疾病建模等領域，支持癌症、微生物組、傳染病、細胞與基因療法、毒理學等多元研究。當前在藥物有效性評價領域，全球已有多家企業在藥效評價環節不再依靠動物實驗，憑微生理系統數據將候選藥物推進至新藥臨床試驗申請或臨床試驗階段。但在安全性方面，更多工作仍集中在減少動物數量、提高毒理預測性上，距離器官芯片完全替代還有一定距離。
隨着生命科學和工程學的深度融合，將器官芯片與幹細胞、基因編輯、類器官、生物3D列印、生物傳感和人工智慧等新技術結合，是器官芯片與微生理系統領域的發展趨勢。實在很期待通過這些21世紀的技術，器官芯片能進一步縮短藥物研發周期，更快、更可靠地為患者提供更安全的治療，同時降低研發成本和藥品價格，有望為醫療健康帶來更廣泛的應用。
（作者為創業投資者聯盟召集人）
