日前，清華大學(xué)《探臻科技評論》2023“青年最關(guān)注的改變未來十大變革科技”榜單發(fā)布。類器官芯片被認為“打造仿生人體的體外模型，醫(yī)藥行業(yè)的顛覆性技術(shù)”上榜。類器官芯片（Organoids-on-Chips）是一種在芯片上構(gòu)建的器官生理微系統(tǒng)，以微流控芯片為核心，通過與細胞生物學(xué)、生物材料和工程學(xué)等多種方法相結(jié)合，可以在體外模擬構(gòu)建包含有多種活體細胞、功能組織界面、生物流體和機械力刺激等復(fù)雜因素的組織器官微環(huán)境，反映人體組織器官的主要結(jié)構(gòu)和功能特征。類器官芯片可廣泛應(yīng)用于藥物篩選、疾病模擬、個性化醫(yī)療、毒性測試等領(lǐng)域，市場前景十分廣闊。跟隨火石創(chuàng)造走進這項新技術(shù)，一探類器官芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢。類器官芯片產(chǎn)業(yè)全景圖
類器官芯片產(chǎn)業(yè)上游行業(yè)包括生物材料制造商、微流控芯片制造商、化學(xué)試劑制造商和醫(yī)用材料制造商等。生物材料制造商主要生產(chǎn)和供應(yīng)類器官芯片制造過程中所需的細胞、蛋白質(zhì)、細胞外基質(zhì)等生物材料，是類器官芯片制造的關(guān)鍵組成部分。微流控芯片制造商生產(chǎn)和供應(yīng)類器官芯片制造中所需的微流控芯片，負責(zé)控制細胞培養(yǎng)的環(huán)境和微觀流體的運動。類器官芯片上游行業(yè)是產(chǎn)業(yè)鏈條的重要組成部分，對類器官芯片的質(zhì)量和效果起到關(guān)鍵作用。當(dāng)前，由于類器官芯片行業(yè)尚處于發(fā)展早期，中下游需求尚未放量。據(jù)不完全統(tǒng)計，上游的企業(yè)數(shù)量占比高達80%。中游為類器官芯片生產(chǎn)制造企業(yè)。目前市場規(guī)模相對較小，但全球范圍內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)出了不少相關(guān)的科研機構(gòu)、初創(chuàng)企業(yè)和大型企業(yè)。下游行業(yè)主要是醫(yī)療和生命科學(xué)研究等領(lǐng)域。在醫(yī)療領(lǐng)域，可用于藥物篩選、毒性測試、個體化醫(yī)療、移植醫(yī)學(xué)等方面。在生命科學(xué)研究領(lǐng)域，可用于細胞和組織的研究，以及疾病發(fā)病機制、藥物作用機理等方面的問題。另外，還可以用于食品安全、化妝品測試、環(huán)境保護等方面。
圖 類器官芯片產(chǎn)業(yè)鏈全景圖
來源：火石創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)中心腦器官芯片。一般采用雙通道結(jié)構(gòu)，分別形成神經(jīng)血管單元的血管端和神經(jīng)端，中間由多孔聚碳酸酯膜隔開，分別由兩套流路系統(tǒng)進行控制，以模擬在體情況的血腦屏障結(jié)構(gòu)。芯片一側(cè)通道為星型膠質(zhì)細胞，另一側(cè)通道為腦微血管內(nèi)皮細胞，微流泵以恒定的流速灌注培養(yǎng)。肝器官芯片。大多是在芯片上建立肝臟的部分生理學(xué)模型，如膽小管、肝小葉、肝血竇模型等，并利用這些生理模型進行藥物研發(fā)和毒理學(xué)研究。芯片肝模型的優(yōu)勢在于能夠在微米量級形成具有部分肝功能的細胞簇，進而構(gòu)成接近人體形態(tài)學(xué)的肝模型，在較長時間內(nèi)保持肝臟特異性的功能。腎器官芯片。利用微流控芯片系統(tǒng)對微流體、細胞及其微環(huán)境的操控能力，在微流控芯片上構(gòu)建以在體外模擬腎臟功能為主要目標的集成微系統(tǒng)。腎芯片技術(shù)的出現(xiàn)為藥物和疫苗的有效性和安全性評估，以及生物醫(yī)學(xué)研究提供了更接近人體真實生理和病理條件的、成本更低的研究模型。肺器官芯片。含有上下兩個通道，兩個通道由一種薄的柔性的多孔膜隔開。將不同的細胞培養(yǎng)在膜兩側(cè)：上通道為人肺泡上皮細胞，下通道為人肺微血管內(nèi)皮細胞。肺芯片的微裝置中誘導(dǎo)培養(yǎng)了內(nèi)皮和上皮細胞，可以表現(xiàn)出復(fù)雜的器官層次的生理功能。心臟器官芯片。能夠模擬心臟的不同特性，如機械性收縮運動、分子運輸、電刺激和對某些藥物刺激的特定反應(yīng)等。在微流體通道中培養(yǎng)不同類型的細胞來產(chǎn)生適當(dāng)?shù)男呐K組織，如心肌細胞（CM）、血管內(nèi)皮細胞（EC）等。此外，向心臟芯片器官模型中連續(xù)灌注培養(yǎng)介質(zhì)可模擬心肌組織上血流引起的剪切應(yīng)力，從而準確地研究心肌組織的復(fù)雜體系結(jié)構(gòu)。腸器官芯片。作為一種重要的研究工具，常用于藥物吸收、腸道炎癥和大腸癌等研究。血管器官芯片。能夠加快對血管網(wǎng)絡(luò)這一復(fù)雜系統(tǒng)的病理、生理學(xué)研究。02
類器官芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況從全球看，2018-2022年間，類器官芯片市場規(guī)模從0.21億美元增長至0.88億美元，預(yù)計2023年全球類器官芯片市場規(guī)模有望達到1.22億美元。
圖 2018-2023年全球類器官芯片市場規(guī)模（億美元）
來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理從全國看，2019年以前，類器官芯片行業(yè)由于不具備商業(yè)化生產(chǎn)能力，國內(nèi)類器官芯片需求完全依賴進口。2019年以來，隨著我國類器官芯片技術(shù)逐步成熟，器官芯片產(chǎn)品加快上市推廣，加之價格優(yōu)勢明顯，市場規(guī)模不斷擴大。2022年，我國類器官芯片市場規(guī)模為0.05億美元，占全球的5.69%；預(yù)計2023年我國類器官芯片市場規(guī)模達0.13億美元，占全球的10.80%。我國類器官芯片企業(yè)主要分布于珠三角、長三角以及北京地區(qū)。主要因為類器官芯片企業(yè)需要依托創(chuàng)新資源，與高校、醫(yī)院、研究機構(gòu)在成果轉(zhuǎn)化上進行密切合作。如東南大學(xué)蘇州醫(yī)療器械研究院由東南大學(xué)、蘇州高新區(qū)、江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院三方共建，成立以來在腫瘤類器官、心臟類器官、器官芯片及上游材料與設(shè)備自動化方面均有突破，孵化出艾瑋得生物等代表企業(yè)；復(fù)旦大學(xué)的遺傳工程國家重點實驗室“類器官中心”以類器官前沿技術(shù)開發(fā)及其再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用為研究內(nèi)容，構(gòu)建了全球首例人源類器官新冠病毒感染模型。
圖 2022-2026年中國類器官芯片市場規(guī)模及預(yù)測（億美元）
來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理從企業(yè)看，全球類器官芯片行業(yè)市場集中度較高，由北美和歐洲地區(qū)廠商主導(dǎo)，主要企業(yè)有Emulate、Mimetas、TissUse和ValoHealth等，TOP3企業(yè)市占率為44.87%。近些年，我國類器官芯片行業(yè)取得了較大突破，產(chǎn)品成熟度不斷提升，并實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。目前，我國類器官芯片主要企業(yè)有北京大橡科技有限公司、安徽駱華生物科技有限公司、江蘇艾瑋得生物科技有限公司、蘇州濟研生物醫(yī)藥科技有限公司等。表 全球及中國類器官芯片重點企業(yè)
來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理從全球看，各國政府大力支持和推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，美國尤為重視。2012年，美國的國立衛(wèi)生研究院（NIH）、食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）和國防部高級研究計劃局（DARPA）投入了7500萬美元聯(lián)合發(fā)起“Organs-on-chips”挑戰(zhàn)項目，首次把類器官相關(guān)技術(shù)上升到國家戰(zhàn)略層面。支持成立國際微生理系統(tǒng)學(xué)會（iMPSS）以及IQ聯(lián)盟（Innovation and Quality Consortium）等相關(guān)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織，設(shè)立多家器官芯片測試中心，推進相關(guān)行業(yè)標準的建立，加快類器官芯片行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化。2023年1月，F(xiàn)DA允許類器官芯片替代動物實驗應(yīng)用于藥物的臨床前研究，由此類器官芯片步入新的發(fā)展階段。歐盟在政策和資金方面對類器官芯片產(chǎn)業(yè)支持力度不斷加大。政策方面，2013年出臺禁止動物用于化妝品測試等政策，極大地促進了行業(yè)對類器官芯片等動物替代性技術(shù)的關(guān)注。資金方面，歐盟投資最多的全球性科技開發(fā)計劃——歐盟第七框架計劃（7th Framework Programme），其中包含類器官芯片項目。我國近年來相繼出臺一系列政策，系統(tǒng)性推進類器官芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2018-2020年，類器官相關(guān)課題連續(xù)3年出現(xiàn)在國家自然科學(xué)基金項目指南；2021年1月，國家科技部下發(fā)《關(guān)于對“十四五”國家重點研發(fā)計劃6個重點專項2021年度項目申報指南征求意見的通知》，把“基于類器官的惡性腫瘤疾病模型”列為“十四五”國家重點研發(fā)計劃中首批啟動重點專項任務(wù)；同年11月，國家藥品監(jiān)督管理局藥品審評中心首次將類器官列入基因治療及細胞治療的驗證指南基因治療產(chǎn)品非臨床藥理學(xué)研究；2022年7月，中國首個類器官指導(dǎo)腫瘤精準藥物治療的專家共識面世。此外，國內(nèi)支持實驗室自建檢測方法（LDT）試點，極大激發(fā)了類器官芯片相關(guān)企業(yè)將產(chǎn)品應(yīng)用于臨床發(fā)展的熱情，目前上海、廣州等地的部分公立醫(yī)療機構(gòu)已經(jīng)被列為試點綜合類單位。表 我國在類器官芯片行業(yè)的部分政策、專項支持及標準規(guī)范制定情況
來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理
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近年來，類器官芯片技術(shù)逐步釋放自身應(yīng)用價值，落地應(yīng)用場景不斷拓展和豐富，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入新階段。未來，類器官芯片產(chǎn)業(yè)將會加快與人工智能、高通量檢測技術(shù)、基因編輯、3D生物打印和新型生物材料多種創(chuàng)新技術(shù)融合，不斷拓展應(yīng)用邊界，向自動化、高通量、體外實時檢測、精細化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。從國內(nèi)市場看，在政策引導(dǎo)下，隨著創(chuàng)新藥和生物藥領(lǐng)域發(fā)展迅速，對類器官芯片的需求將進一步高漲。來源：火石創(chuàng)造 ，作者火石產(chǎn)業(yè)研究院
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