U盘大小的芯片上，构建微缩版“心肝肾肺”

2023-03-03 07:27:00 - 南京日报

东大90后青年变革性技术研发国际领先

□ 南京日报/紫金山新闻记者何洁

在南京高校，有一群青年科技人才，他们挑大梁、担重任，活跃在大大小小的科研项目中，在形形色色的实验中跟数据“打交道”。他们肩负着科技强国的重大使命，往最高处定目标，用攀登珠穆朗玛峰的决心和勇气，在科研领域不断探索。即日起，本报推出“见证南京高校‘科技原创力’”栏目，首期走进东南大学青年科技人才曾易，她致力于“器官芯片”的研究，将人体器官“微缩”方寸间的芯片中，实现对人体功能的模拟，为药物研发、精准治疗打开新思路。

围绕“器官芯片”展开研究，设计开发先进传感器

2月28日早上8点半，曾易准时到达实验室。跟往常一样，她习惯性地先泡上一壶热腾腾的茶，再翻开办公桌上的实验记录本，核对前一天写下的实验计划，在脑海里过一遍自己需要做什么，怎么做，保证当天的实验有条不紊。半小时后，一切准备就绪，换好衣服的曾易开始进行试剂的准备，材料的制备以及三维加工，将制造出的微传感器放入器官芯片中进行测试，以检验自己的构想。

“一个完整的研究课题会有无数次实验，所以我会分阶段进行工作安排，每天做一些，不断积累，有点像愚公移山。这个过程很长，不能急于求成。”曾易的记录本上，密密麻麻地记录着每一天的实验计划，从实验的构想到具体的方案细节不一而足。在她看来，做实验本身并不难，难的是如何确定研究课题，设计实验，并且在不断重复的实验过程中去发现问题，总结规律，从而推动实验朝着预期的方向发展。

将生物医学领域中复杂、抽象的物理化学信号转化为大家易于检测、量化的信号，从而更形象地理解生命科学过程，这是曾易的研究领域——生物医学传感。“举个简单的例子，我们都有去医院验血的经历，验血报告单上会显示每个测量指标具体的数值是多少，而这些数值的产生依靠的就是生物医学传感技术。”

生物医学传感的应用远不止验血，科学家们还将这项技术用在了“器官芯片”的研究中。2021年博士毕业后，曾易选择留校围绕“器官芯片”展开相关研究，主要负责器官芯片中监测系统的构建，也就是开发可用于器官芯片系统中的先进传感器和材料，对芯片中的各项环境参数和细胞状态进行实时监测。这项工作是器官芯片研发中的关键一环，如果不能实时获取相关信息，科研人员就无法知道芯片中正在发生什么，也就不能很好地发挥器官芯片的功能。

B攻克多项核心技术壁垒，实现人体器官芯片产业

虽然瓶颈和困难常有，但曾易认为，科研的过程，就是在探索未知，探寻自我的价值，她有在“器官芯片”领域一路走到底的信心！

曾易所在的团队是国内首批开展人体器官芯片研究的一群人，领衔者是东大生物科学与医学工程学院院长顾忠泽。人体器官芯片是通过干细胞、生物材料、纳米加工等前沿技术的交叉融合，模拟人体器官功能的一项新兴技术。该技术将人体数据“搬运”到一颗像U盘大小的芯片上，在人体外重建微小的“心肝肾肺”。实现对人体功能的模拟，为药物研发、精准治疗打开了新思路。

以肿瘤病患为例，在接受药物治疗时，患者很有可能因药物副作用伤及心脏。只要从患者身体中抽取3毫升的血液，就可以利用干细胞、编程技术，将心肌细胞落进U盘大小的芯片里，模拟出病人真实的心脏环境，帮助检测药物对病患心脏的影响有多大，从而预防可能产生的药物毒性。

“器官芯片还有望部分替代动物和临床试验，成为下一代药物体外评价模型，有效避免新药研发中动物实验带来的各种风险，缩短药物、医疗器械的研发时间。”曾易欣喜地表示，目前他们已经完成了人体器官芯片体系的全链条建设，攻克了类器官生成和培养、功能性细胞外支架材料、组织微器官三维成像和精准测量等多项核心技术壁垒，开发了肺、心脏、血管、皮肤、肿瘤等十余种组织和器官的器官芯片，并实现了批量化生产，在国内处于领先水平。

构建更智能的监测系统，助力新药研发“弯道超车”

前不久，曾易入选了第八届“青年人才托举工程”名单，该项目采用以奖代补、稳定支持的方式，大力扶持有较大创新能力和发展潜力的32岁以下的青年科技人才，帮助他们在创造力黄金时期作出突出业绩，成长为国家主要科技领域高层次领军人才和高水平创新团队的重要后备力量。

科研探索道路上，曾易最想感谢的便是顾忠泽教授。曾易告诉记者，顾忠泽教授曾提出过“数字人”的想法，设想在使用器官芯片进行了足够多次测试后，能否用这些测试的数据构建出一个数学模型，让未来的器官芯片测试可以不再需要实际试验，而是在计算机上输入初始数据就可以完成。“也就是说，对多种器官芯片进行数字化之后，我们或许可以构建出一个完整的人体数学模型，使得药物测试可以直接在电脑上进行，节约大量的资源和时间。虽然这些想法目前还不能实现，但给了我很大的启发，很有可能是未来的一个重要研究方向。”曾易表示，正是顾忠泽教授对待科学的这份热情和求知的精神，带领团队不断前进，他们的变革性研发技术与美国、欧洲相关团队齐头并进，在部分领域领先于国际水平。

对于科研工作者而言，需要围绕国家重大需求，寻找独特的研究领域，开展大胆的创新研究，不仅要做眼前的研究，还要做有未来的研究。“就我个人而言，我选择围绕器官芯片的监测系统进行研究，尝试构建更加先进的器官芯片系统，助力器官芯片这一变革性技术的发展，希望能对我国在新药研发领域实现弯道超车做出一点自己的贡献。”曾易说。

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