武汉肺炎疫苗研发竞赛在今秋或迎来第一节点，除了中国研发队伍，欧美研发团队也瞄准 9 月推出应急用的疫苗。
面对 COVID-19 新冠病毒，难在短时间消灭、甚至有可能和人类永远共存的病毒，显然传统药物研发速度难以对抗。
为了追赶新冠病毒发生变异，抢先一步找到稳定部分，可有效免疫成为目前药物与疫苗研发的关键，研究人员都希望速度能再快一点。
因此我们急需一种技术：缩短武汉肺炎药物的研发周期，为临床实验增速，且能保证安全有效。目前名为“器官芯片”的前线技术正在发挥作用解决问题。
什么是器官芯片
器官芯片（organs-on-a-chip）（以下简称 OOC）可理解为：在一块芯片建造人体器官的机构与功能系统，模拟疾病发生，体外预测各种药物或外界刺激后的各种反应。
这和细胞培养研究有相似之处，实际上 OOC 技术也确实是细胞培养研究经历 100 多年后的进阶版。
当然 OOC 变热门也是因新药研发的尴尬困局。和治疗武汉肺炎的疫苗与药物面临的挑战一样，目前各种新药的研发周期平均都在 10 年左右，且据 FDA 数据显示，经过动物实验验证安全有限的药物中，92% 都会在人体临床时失效，高效低产是目前药物研究领域的命运。
而 OOC 技术特性有机会扭转这局面：不仅能让科学家有机会透过显微镜看清细胞的病理变化，也能代替动物、人类进行药物测试，并在早期筛选候选药物的功效和毒性，加速药物研发。
COVID-19 新冠病毒出现前，科学家已模拟多种人类器官“芯片”促进药物开发和客制化医学治疗，像是肺、肝脏、眼睛、女性生殖系统等。
这是来自宾夕法尼亚大学实验室的“眼动芯片”，与隐形眼镜大小形状相似，模拟人类眼睛的眼表状态，包含角膜、结膜细胞。黄色是营养物质透过微流体通道传向中间的“眼球”。研究人员还设计了会眨眼的眼睑，以保持芯片表面润滑。这些类眼芯片为眼部疾病建模，可在芯片进行药物实验和病理观察。
▲ 眼动芯片。
这是西北大学的女性“生理期模型 EVATAR”，这巴掌大的物体第一眼看上去，更像电脑拆下来的零件。
芯片连接了 5 个微型器官细胞：输卵管、子宫、阴道、卵巢和肝脏，会透过“泵”的作用携带蓝色的模拟血液移动，模仿女性 28 天生理期周期生殖系统运转，分析某些生理疾病。
▲ 生理期模型 EVATAR。
哈佛大学怀斯学院的“肺泡芯片”约拇指大小，上面构建充满肺泡上皮细胞和空气的黄色上部通道，和血液细胞的蓝色下通道。他们利用看似简单的芯片研究机械力对呼吸的影响，甚至也研究抽烟对支气管上皮细胞的影响。
▲ 肺泡芯片。
上述这些模拟人体构造的器官芯片还有很多，OOC 将复杂的人体经过数理和建模拆解成一个个最小功能单元，将各个器官或细胞的运作过程曝光放大到芯片。
这是 OOC 的优势但也是瓶颈，正如看到的，OOC 目前模拟的只是几种人体细胞运作，虽然研究人员也试图将这些器官芯片连起来，形成整合电路的微型器官系统，但复杂性还是离真正的器官很远。
▲ 模拟心脏输出的整合电路芯片系统。
器官芯片如何对抗 COVID-19
器官芯片 OOC 也加入这场全球性对抗 COVID-19 新冠病毒的药物和疫苗研发。与药物和疫苗不同，OOC 试图从芯片找到打击武汉肺炎的标靶。
为什么 COVID-19 如此容易且迅速传播？为何能快速攻破免疫系统侵入人体？目前仍未知。
为此加拿大研究人员在芯片创建鼻子、嘴、眼睛、肺部等模型，观察新冠病毒如何攻破免疫系统。
这种观察与实验无法在人体操作，借助芯片，研究人员能看到病毒感染 24 小时期间发生的变化，更长远一点，可观察长达 14 天潜伏期的一系列病变。
这项研究最大的挑战就是在芯片模仿人类免疫系统，这是人体抵抗新冠病毒的关键，但人体免疫细胞如 T 细胞和 B 细胞，目前无法人工制造。
另外利用 OOC 技术研究对抗 COVID-19 的研究人员在用其他方式探索病毒，他们试图建立血液检测芯片，读取感染武汉肺炎后会产生哪些细胞标志物触发免疫反应。不过研究人员表示，新冠病毒的狡猾之处在于变化速度相当快，发现最早的标志物难度相当大。
与新冠病毒战斗的日子里，想快速突破器官芯片的技术瓶颈相当困难，但这种技术或许能成为辅助手段。虽然 OOC 目前无法取代人体和动物实验，但能成为某些测试阶段很好的替代品，让人们多一些机会抓住病毒的把柄，预测药效的成败。
新冠病毒为人们带来疫苗与药物研发的最高难题，也势必推动颠覆性的科学技术快速向前跑。
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（本文由 PingWest 授权转载；首图来源：shutterstock）
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