Protein & Cell综述 | 薛丽香团队系统阐述器官芯片技术：从动物替代到人体模拟的范式演进与转化医学前景

2025年4月10日，美国食品药品监督管理局（FDA）历史性宣布可使用类器官以及器官芯片替代动物实验。随后，美国国家卫生研究院（NIH）于4月29日成立了“研究创新、验证与应用办公室”（ORIVA），明确将器官芯片技术作为战略突破口，引领以人体为中心的器官芯片技术的发展 。

近日，北京大学第三医院薛丽香团队在Protein & Cell上发表了综述文章Synergistic Innovation in Organ-on-a-Chip and Organoid Technologies: Reshaping the Future of Disease Modeling, Drug Development and Precision Medicine。本文全面总结了器官芯片的发展历史、芯片种类、机械参数、研究应用以及未来发展方向，为疾病建模、药物开发及精准医疗提供了权威参考(图1)。

器官芯片是一种基于微流控技术的微型生物工程系统，能够高度模拟人体器官的结构和功能，在药物开发全流程中发挥重要作用。在早期药物发现阶段，它通过构建仿生微环境加速疾病模型建立和靶点筛选；在先导化合物优化阶段，可实现药物分子的快速迭代和初步安全性评价；在临床前研究阶段，其高灵敏度和特异性显著提升了药物毒性预测的可靠性；而在临床试验阶段，则能为失败案例提供机制分析和策略优化指导。同时，该技术在疾病机制研究、个性化医疗等领域也展现出广阔的应用前景。器官芯片凭借其动态实时调控能力、实验条件灵活性和多组分集成化等核心优势，在生物医学领域展现出巨大潜力。然而，该技术的规模化应用仍面临通量限制、标准化体系缺失、技术复杂度高以及伦理监管框架不完善等关键挑战。为推动器官芯片技术的进一步发展，未来研究需要重点突破多器官功能耦合与系统集成，促进医工交叉与多技术融合，加快建立行业标准体系，并着力实现高通量化和产业化应用。这些突破将显著提升器官芯片在药物研发、疾病建模和个性化医疗等领域的应用价值。

器官芯片技术正在实现从"简单替代动物实验"到"精准重建人体病理/生理机制"的跨越式发展。通过工程学与生物学的深度融合，这项技术正在重塑疾病建模和药物研发的整个范式。在持续的政策支持、快速的技术迭代以及多学科深度协作的推动下，器官芯片有望发展成为精准医疗和药物开发的革命性技术。其终极目标是实现"在 器官芯片 上完整模拟人体系统"的科学愿景，从而为生物医学研究带来颠覆性的变革。

北京大学第三医院 薛丽香教授 、 宋佳桂副研究员、宁夏医科大学马丽君教授 为本文的共同通讯作者。北京大学第三医院 /宁夏医科大学硕士 研究生 李冰和北京大学第三医院博士后唐园钧 为本文的 共同 第一作者。

https://doi.org/10.1093/procel/pwaf058

制版人： 十一

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