类器官，顾名思义是人体真实器官及生理系统的模拟，作为干细胞研究的重要成果之一，对于临床精准医疗（为患者制定个体化治疗方案）、临床前药物研发等有着非凡价值，因此也成为TOP药企必须拿下的据点。
近日，FDA批准了全球首个完全基于“类器官芯片”研究获得临床前数据的新药（NCT04658472）进入临床试验。这一里程碑事件，意味着“类器官芯片”实验首次取代了传统动物实验，并且正式被官方认可。
这项新药实验由赛诺菲和类器官芯片公司Hesperos合作进行，用于治疗两种罕见的自身免疫性脱髓鞘神经疾病，而在此之前，由于缺乏理想的动物模型，无法针对这些疾病开展研究。
至此，赛诺菲后来居上，虽不是第一个布局，但在“类器官”实践领域超前全场。
如果该项目进展顺利，或将彻底颠覆临床开发的种种限制，改变全球药物研发的游戏规则。
从自组织到干细胞
具体来说，类器官是在体外用3D培养技术对干细胞或器官祖细胞进行诱导分化形成的在结构和功能上都类似目标器官或组织的三维细胞复合体，其具有稳定的表型和遗传学特征，能够在体外长期培养，它在形成过程中再现了体内器官发生的两个事件，即同类细胞以黏附的方式分类聚集和空间特异性的细胞谱系定型。
与传统2D细胞培养模式相比，3D培养的类器官包含多种细胞类型，突破了细胞间单纯的物理接触联系，形成了更加紧密的细胞间生物通信，细胞间相互影响、诱导、反馈，协作发育并形成具有功能的迷你器官或组织，能更好地用于模拟器官组织的发生过程及生理病理状态。因而，其在基础研究以及临床诊疗方面具有广阔的应用前景。
类器官的起源可以追溯到1907年。彼时，44岁的美国贝克罗莱那大学教授威尔逊 (H. V. Wilson)发现，通过机械分离的海绵 (sponge) 细胞可以重新聚集并自组织成为新的具有正常功能的海绵有机体，并于1910年发表他的研究结果。
尽管威尔逊可能也不会想到，当时的发现会成为未来类器官技术发展的源头。但不可否认，威尔逊的研究证明了成年的有机体在无需外界帮助、无需从特定的解剖学阶段开始，也具有完整的信息并可以成功发育成新的有机体。这为类器官的发展提供了可能。
1950年，一些实验室开始使用和威尔逊同样的方法，将组织剪碎后让其重新聚集并自组织，进而探究脊椎动物这样的高级动物是否同样可以进行自组装。其中，美国科学家阿伦•莫斯卡那就发现，破坏原有拓扑结构的鸡胚细胞团能够重新自组织成原有结构。其他科学家在两栖类动物中也得到了类似的结果。
这些实验结果暗含了类器官区别于其他2D或3D培养技术的特质——自组织(self-organization)。自组织作为系统的整体秩序产生于原本无序的系统局部间的交流，物理中的相变、化学中的结晶、生物中的蛋白质分子折叠都属于自组织现象。对于类器官领域来说，自组织更是在细胞如何从任意的、非人为精准设计的状态发育成具有器官特征、基因和表型特点的类器官中扮演了重要作用。
如果说自组织为类器官的形成提供了路径，那么干细胞技术则是类器官技术发展的起点。随着多能干细胞的出现，人们发现体外干细胞可自我发育成畸胎瘤或类胚体（EB），而在畸胎瘤中科学家检测到了从不同组织来源的细胞。因此，类器官的培养开始从2D转为3D，使得细胞的发育过程可以形成更加复杂的三维结构。
1987年开始，多个实验室成功的使用3D培养方法从干细胞构建了类似器官的培养物；2006年，Yaakov Nahmias和David Odde在体外将自我组织的vascular liver organoid成功培养了50天以上；2008年，Yoshiki Sasa的研究团队发现，干细胞可以自我组织成为神经球体，并在不同区间具有不同类型的细胞分层；
2009年，Hans Clever发现了肠道隐窝基底处的Lgr5阳性的细胞为肠上皮更新的关键——肠干细胞，揭开了类器官这个领域的新篇章；2020年9月，来自日本Lee J.等人甚至成功制作出可以自主搏动的心脏类器官。
目前，3D类器官培养技术已经成功培养出大量具有部分关键生理结构和功能的类组织器官，比如肾、肝、肺、肠、脑、前列腺、胰腺和视网膜等，从自组织到干细胞，再发展至类器官技术，而近年来，类器官取得的成就更是令人振奋。
将人体器官 “搬运” 到一颗芯片上
首先，和信息产业中的半导体芯片有很大不同，器官芯片强调的是在芯片上构建的器官生理微系统。
这种组织器官模型不仅可在体外接近真实地重现人体器官的生理、病理活动，还可能使研究人员以前所未有的方式来见证和研究机体的各种生物学行为，预测人体对药物或外界不同刺激产生的反应，在了解新药靶标的生物机制、为疾病的研究提供新的视角、预测新药的有效性和安全性、探索物种的差异性和意外的临床表现、减少动物试验、个性化医疗的应用等具有广泛应用价值。
科学家们最初尝试在实验室中制造器官芯片，是为了研究人的发育过程，之后才演变成为将其用于验证药物上。
在传统的药物研发和评估过程中，最为广泛使用的两种实验平台分别是体外细胞培养和动物实验。
然而这两种平台都各有局限：体外细胞模型具有通量高、成本低的优势，但是由于难以还原人体环境而影响其与临床试验结果的一致性，而动物实验通量低、成本高，也不容易辨别并确定特定细胞种类或组织在某一生理或病理反应中的作用，而且动物与人的种属差异也可能带来与临床试验结果的不一致。
例如在这次的新冠病毒疫情中，部分国内专家在某些药物经过了体外细胞实验验证，就宣称该药物对新冠病毒有效，后遭到舆论批判称仅以细胞实验支撑药物有效性是非常薄弱的。
“如果器官芯片成熟之后，新药在器官芯片上进行的有效性和安全性的筛选和验证会比细胞模型有说服力，而且能部分替代动物实验，缩短药物临床前研究的过程”，对于类器官芯片在整个新药研发价值链上的位置，清华大学梁琼麟教授在接受 DeepTech 采访时如此解释道。他的团队正致力于组织器官芯片、单细胞亚细胞分析芯片及临床组学分析与生物标志物检测的微流控芯片系统研制，已经发明和报道了肝、肾、血管、肠等器官芯片成果。
梁琼麟表示，在未来的药物发现与研发中，器官芯片可望替代体外细胞模型应用于高通量的药物有效性和安全性评价，虽然作为一个体外模型，它不能完全替代动物实验，但是器官芯片还有一个优势在于构建它的细胞可直接来源于人，因此可以避免动物与人的种属差异。
为什么美国、欧盟将“类器官芯片”技术提升到国家战略高度？
全球有超过7000种罕见病没有治疗方法，其中只有约400种正在进行研究，很大原因就是缺乏模拟这些疾病的动物模型，肿瘤、心血管等重大疾病也面临相同困局。
如果说有一项技术有望将新药研发带入“低风险、低投入、高回报”时代，那么“类器官芯片”或将是其中之一。“低风险、低投入”的新药研发？美国、欧盟出台扶持计划
据统计，2021年开发一款新药的平均成本降至近七年最低，仍高达约20亿美元。此外，进入临床开发阶段的新药失败率仍近90%。
以上痛点，主要由于动物模型不足且动物模型并不能准确预测人体反应。
“类器官芯片”因为是直接利用人类组织构建，且可定制化为疾病建模；因此可以在临床实验前更充分的进行效价评估，将不合适的药物排除，从而提升药物研发成功率，降低后期药物开发成本且不伤害动物。此外，类器官芯片叠加AI技术的融合也将使药物筛选更高效、精准。
基于以上原因，2011年美国NIH、FDA和美国国防部牵头推出“微生理系统” 计划（MPS 计划），首次把类器官芯片技术上升到国家战略层面。
与此同时，欧盟也看好类器官芯片技术在新药研发、精准医疗、AI制药领域的发展前景，由其资助的大型研发联盟（imSAVAR）目标之一就是与大型药企合作开发器官芯片模型。
然而此后十年间，类器官芯片大多处于实验室研究阶段，真正在药物研发上的临床应用比较少。原因除了其技术壁垒高、涉及多学科交叉外，最大的“阻碍”仍在于缺乏法规的认可；如今这一“阻碍”已被清除。
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