提起芯片，大家最先联想到的是什么？相信十居其九都会是人工智能，最后一位也未必会想到「器官芯片」（Organ-On-a-Chip），一种基于人体细胞、可于体外模拟人体器官功能，用于疾病建模，以及药品、化学物质和毒理反应等测试的新兴生物科技。其于2016年世界经济论坛被列为将改变人类生活的十大新兴技术之一，为新药研发与个人化医学研究带来创新。

简单来说，这是一种融合微流控技术（Microfluidics）、细胞生物学和组织工程学的创新科技。器官芯片本身通常由透明、可塑的聚合物材料制成，内部包含精细设计的微小通道和腔室系统。基本操作是把人体细胞接种到培养腔室中，再经由微小通道精确输送营养物质和氧气，同时调控流体力学环境，使细胞所处的微环境动态变化，接近真实的人体生理状态。大家可以把器官芯片看作人体器官的「替身」，为药物研发和疾病研究提供高度仿生的平台，研究人员可以利用高内涵显微镜成像、代谢物检测等技术，即时监测细胞的生理状态和功能变化。

听起来很科幻也很遥远，实际上概念早于1990年已有人提出。直至2010年由哈佛大学韦斯生物启发工程研究所Donald E. Ingber教授之研究团队，成功创建了首个能够模拟呼吸运动的肺芯片，突破过往体外试验无法模拟体内微环境的局限，才标志着器官芯片技术的正式诞生。Ingber及其团队迅即得到美国食品药品监督管理局（FDA）等的资金支持，随后更于2014年创立了Emulate公司，致力于将器官芯片技术商业化。

目前研究人员已开发出人体多个器官的器官芯片，能够模拟大脑、肺、心脏、胰腺、肝脏和肾脏等的结构和功能；也开发了原位癌症器官芯片，以模拟肿瘤的结构和生理特性，例如肺腺癌芯片、乳腺癌芯片和多发性骨髓瘤芯片等，帮助科研人员深入理解各种生理和病理过程。

传统药物研发倚赖动物试验，但动物研究存在局限，由人源细胞组成之器官芯片，于细胞层面模拟生理环境与器官的关键要素及动态变化，在人体生理与免疫反应测试方面，能有效降低物种差异造成的试验结果偏差，提高试验预测的精确度，实际应用除可减少对于动物试验的依赖之外，更可藉个人化细胞建构器官芯片，推动个人化医疗应用发展。

此外，器官芯片可以如体外试验般控制参数、操控微量流体，以及设定反应条件，用于药物研发的数据品质显著高于现在普遍使用的酶活性等体外测试模型，临床相关性也更高，通过这种技术验证有效的药物在临床期间的表现会更好。

缩短药物研发周期

器官芯片另一优势是能将试验体积微量化，微流道内空间小反应速率快，可以节省测试药品的使用，具效率与成本优势。加上各国政府监管机构支持，如美国FDA于2025年4月发布《减少临床前安全性研究中动物试验的路线图》，计划逐步取消在单克隆抗体疗法和其他药物研发中的动物试验要求，让制药公司不用担心使用器官芯片技术所得的数据不被接受，长远目标更是将动物试验从常规转为例外，经验证的器官芯片、电脑模拟等创新平台将有机会涵盖所有的关键测试，动物实验只在新技术无法测试时才会采用，驱使这种新模型、新技术受到越来越多的关注。

随着器官芯片的验证准确性渐获肯定，许多大型医药公司如罗氏制药、阿斯利康、默克、强生和莫德纳等都积极参与，把新技术广泛应用于药物筛选和疾病建模等领域，支持癌症、微生物组、传染病、细胞与基因疗法、毒理学等多元研究。当前在药物有效性评价领域，全球已有多家企业在药效评价环节不再依靠动物实验，凭微生理系统数据将候选药物推进至新药临床试验申请或临床试验阶段。但在安全性方面，更多工作仍集中在减少动物数量、提高毒理预测性上，距离器官芯片完全替代还有一定距离。

随着生命科学和工程学的深度融合，将器官芯片与干细胞、基因编辑、类器官、生物3D列印、生物传感和人工智慧等新技术结合，是器官芯片与微生理系统领域的发展趋势。实在很期待通过这些21世纪的技术，器官芯片能进一步缩短药物研发周期，更快、更可靠地为患者提供更安全的治疗，同时降低研发成本和药品价格，有望为医疗健康带来更广泛的应用。

（作者为创业投资者联盟召集人）