截至 2021 年 9 月 8 日，COVID-19 大流行导致全球累计感染人数已达 222,737,866 例，累计死亡人数高达 4,599,534 例，其传播的迅速和意外性质对全球产生了严重影响。自 SARS-CoV-2 被确定身份以来，关于其感染机制、疫苗构建、以及疗法筛选的研究层出不穷，而刚开始几乎所有关于 COVID-19 药物开发的工作都是在培养皿中的细胞上进行的，与体内环境相差较大。器官芯片的应用不仅可以高通量有效模拟体内环境，实验结果也比动物模型更具有预测性。
虽然 SARS-CoV-2 能够导致患者的多器官损伤，如肾脏、肠道、大脑等，但最受关注的仍是呼吸系统。深埋在肺部深处的是称为肺泡的微小气囊，也是严重 COVID-19 患者的肺炎发病部位，这些细胞很难获得和研究。去年的一项研究以人肺类器官为研究对象，发现了 SARS-CoV-2 可影响气道中的棒状细胞，其感染可能会损害保护性肺糖胺聚糖，促成恶性感染循环[1]。研究人员说到：“如果没有类器官，不知道我们能否发现棒状细胞是 SARS-CoV-2 的靶标，因为没有人会想到将它放在棒状细胞上”。因此，类器官以及器官芯片系统平台的完善同时也促进了科学研究的深入拓展。
SARS-CoV-2 感染远端肺类器官
2021 年 5 月 3 日，哈佛大学 Wyss 研究所的科研团队在 Nature Biomedical Engineering 杂志上发表了题为“用于快速鉴别候选抗病毒治疗剂和预防剂的人类呼吸道芯片”的研究论文。该研究开发了一种包含高度分化的人支气管气道上皮和肺内皮内衬的微流体支气管气道芯片，可以模拟病毒感染、毒株依赖性毒力、细胞因子产生和循环免疫细胞的募集。以该器官芯片为研究工具，发现临床相关剂量的阿莫地喹可有效抑制 SARS-CoV-2 的感染，与体内实验结果一致。该芯片的开发不仅可以提供确定当前 COVID-19 危机潜在治疗方法的快速通道，对于对抗不可预见的生物威胁（例如新的大流行性流感或其他呼吸系统疾病）可能同样有价值。
气道芯片的横截面示意图。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41551-021-00718-9
2021 年 7 月 22 日，马萨诸塞大学医学系和马萨诸塞州总医院的联合科研团队在 Scientific Reports 杂志上发表了题为“用于在体外评估流感、冠状病毒或其他呼吸道病毒的基于人类原代细胞的高通量气道模型”的研究论文。该研究设计了一个配置了高分辨率原位成像和实时传感的模拟气道-液体界面的 96 孔设备平台—— PREDICT96-ALI，将人类原代气道上皮细胞整合到该设备中，其中组织在一系列基于微通道的培养室中进行培养。经验证，该模型支持 SARS-CoV-2 病毒感染和复制的能力，具有用于研究供体依赖的感染机制和对治疗干预反应的潜力。Ashley Gard 表示：“利用自然传播的病毒开发和筛选 COVID-19 疗法的大门已经打开，现有的最佳方法——使用器官芯片”。该模型的开发将有助于在支持实时、非侵入性传感和成像的动态组织微环境中对治疗候选药物进行高通量临床前评估。
PREDICT96-ALI 气道模型平台
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41598-021-94095-7#author-information
包括 SARS-CoV-2 在内的呼吸道病毒的传播对公共卫生、国家安全和世界经济构成了重大威胁，急需尽快开发出能够有效应对的疗法。开发有效疗法的一个障碍是缺乏稳健且具有人体预测性的临床前模型，大多数研究依赖于永生化细胞系体外筛选和低通量动物模型的结合，预测能力和便捷性仍局限较大。近年来，器官芯片药物测试系统的建立和完善极大地简化了候选药物的安全性和有效性评估进程，在新冠病毒的相关研究中，器官芯片正逐渐成为优势巨大的有力工具。
为实现药物研发的效益最大化，应在原代细胞系中进行初步筛选，在初步命中识别后，再在器官芯片系统中测试候选药物有，以便在疾病动物模型中进行评估之前进行进一步验证。更大的花费应该用于成功可能性更大的地方，特别是对于宿主靶向治疗。通过汇集病毒学、培养模型和筛选方法方面的专业知识，并利用器官芯片分担大规模药物测试的负担，筛选工作将大大受益。
参考文献:
作为全球优质的器官芯片模型开发服务供应商，安必奇拥有丰富的体外模型构建、器官芯片开发等代理经验。我们的肺-器官芯片模型基于微流控技术，具有微环境可控、测量信息丰富、成本低、自动化和高通量等许多优点。此外，目前已整合了全套的器官芯片构建、体外筛选技术一站式服务，致力于为国内外药物开发企业及机构的创新药物筛选提供高效的服务和解决方案。欢迎免费咨询！
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