把人体器官做成进芯片？生物制造的未来离我们还有多远？

最近微信改版，容易找不到尹哥的文章，大家记得把尹哥设为星标⭐️ 哦~

尹哥赠书福利

各位小伙伴

又到福利大放送时间啦！

你觉得生物制造会改变哪个领域？

我们将从

回答互动问题+转发本文至朋友圈

的小伙伴中

随机抽取3名幸运读者

分别赠送

《生物制造》

各1本

福利活动常有

关注尹哥不迷路

活动截止时间：7月23日

（将会在7月24日的推文里公布获奖名单）

活动解释权归「尹哥聊基因」所有

尹哥的推荐语

什么叫生物制造？不是你想象的那种冷冰冰的工厂流水线，而是——用活细胞做原料，用培养基当能源，让生命体自己去“长”出东西来。你看，我们身体的伤口能自己愈合，锻炼后肌肉会变强，这些再平常不过的事，背后藏着一个巨大的秘密：生物材料是活的，是能响应、能适应、能进化的。更关键的是，这已经不是实验室里的小打小闹了。中国、美国、欧盟、日本，全球主要经济体全都在押注生物制造，把它当作下一个十年必须争夺的战略制高点。为什么？因为它将重塑医药、农业、材料甚至能源的底层逻辑。我们正在从“制造死的东西”迈向“培养活的东西”，这本书会让你重新思考一个问题：下一场大国博弈的胜负手，会不会就藏在培养皿里？

谈到未来产业的话题，你会想到什么？芯片？AI？还是商业航天、可控核聚变？等会儿，不都说“21世纪是生物的世纪”吗，生物去哪了？

其实生物一直都在。不知道大家看没看“十五五”规划，里面“生物制造”四个字，跟具身智能、第六代移动通信这些词列在同一张清单上，都是未来的支柱型产业。可以说，未来大国博弈的一大战场，可能就在这条赛道里。

那这个“生物制造”到底是怎么一回事？

01

利用活细胞进行制造

其实“生物制造”这四个字，兜的圈子挺大的。但是今天我们不聊那么多，我们只讲最“顾名思义”的一个方向，用生物材料来制造物品，英文叫biofabrication。传统制造是什么样？用金属、橡胶、塑料，材料是“死”的，那生物制造的好处就不言而喻了，造出来的东西是“活”的嘛。能感知环境、能响应刺激、还能自我修复。你皮肤划个口子，自己长好了；手机屏幕划一下，一辈子在那儿。

其中特别值得说的，就是用哺乳动物的活细胞进行制造。为什么？因为复杂，因为跟人体直接相关。

02

造点啥？

为什么要用哺乳动物的活细胞进行制造？这跟要造的东西有关。造几个桌子板凳，有用吗？有，但不多。哪些可能很需要生物材料，又看起来更有价值？医疗和粮食。目前这个方向有很多件事在做：组织工程（人造组织）、类器官、细胞培养肉和皮革、生物混合机器人，等等。今天咱不贪多，重点聊一个——器官芯片。

03

器官芯片

器官芯片，英文是organ-on-a-chip。简单地说，它就是一个器官模拟器——在几平方厘米的一块透明芯片上，模拟出人体器官的功能。

器官芯片是通过微流控技术在芯片硅基板上“挖”出一些“血管”通道（就有点电路那意思），再把不同的细胞放在芯片不同位置，形成一个特定功能导向的生理系统，不同细胞可以在各自独立的腔室里培养。

虽然看起来很“不器官”，但是基本的结构和功能都能模拟出来。给心脏芯片点刺激，就能让它模拟心脏的搏动，或者灌点空气和液体进血管通道里，就可以模拟出肺的功能，甚至还有做出了血脑屏障功能的器官芯片。

图中是一个典型的器官芯片照片。哈佛大学唐纳德·英格伯团队（Donald E. Ingber）用患者自身的细胞，构建了人类炎症性肠病芯片，成功在体外模拟了关键的病理特征。[1]

器官芯片造出来有什么用呢？药物筛选。

新药研发实在是太烧钱了。

一种新药从实验室到上市，平均要花20亿到30亿美元，失败率可能超过90%。经过早期开发、动物试验、临床人体测试，还是有大量的药无法获得批准上市，这实在是太耗钱，也太耗时间了。更何况往往很多药在动物身上有效，到了人身上就翻车，毕竟动物模型并不是人类的完美模型，另外，还有动物伦理的顾虑。

器官芯片的思路就简单多了，直接在“平替版”人体器官上试。直接模拟新的疗法，不用绕路去找小白鼠。批量生产大量的芯片，还可以直接同时进行高通量测试，试验快、数据多、成本低。

其实器官芯片并不是一个新事物，已经开发了很多年了。

2010年，哈佛大学唐纳德·英格伯实验室做了一个经典的肺芯片——两层微流控通道中间隔着一层多孔柔性膜，一侧是肺泡上皮细胞，另一侧是血管内皮细胞，给培养室施加循环气压，让膜做周期性的拉伸，来模拟呼吸时肺部的膨胀和收缩。[2]他们还通入二氧化硅纳米颗粒，在肺芯片上重现了中毒的结果。

近年来，器官芯片的研发已经有了巨大的进展，各种技术的结合也非常丰富。东南大学梁戈玉、陈早早教授团队在2024年开发了一款心脏类器官芯片，在体外实时、可视化地对微纳米塑料颗粒进入心脏并发挥毒性的全过程进行了长期追踪，相当于搭建了一个体外心脏毒性评估平台。[3]

除了快，还能有“定制服务”。

麦吉尔大学和哈佛大学的团队合作完成了一项实验。他们从8名食管癌患者身上采集肿瘤样本，在USB大小的芯片上培养出每位患者独有的“肿瘤替身”，同时模拟了血流和结缔组织环境。随后在芯片上测试不同化疗药物。结果显示，仅仅4至6周内即可判断药物的有效性，且芯片上的结果与患者的临床治疗反应完全吻合。

全世界很多地方都在推进相关研究，个性化治疗癌症也许不会太远。

正因为已经开发多年，器官芯片现在正可能到了开花结果的时候。

器官芯片内储存着循环化疗药物（来源：McGill University Health Centre）

04

商业化有多远？

器官芯片这个赛道，全球都在抢。中国起步不晚，近两年的布局尤其密集。

2026年发布的“十五五”规划纲要，将类器官与器官芯片技术直接写入专栏8“前沿科技攻关”，近年来的各项研究计划层出不穷。

标准化的步子也很快。2024年11月，东南大学顾忠泽教授团队牵头完成了我国首个器官芯片领域的国家标准《皮肤芯片通用技术要求》，2026年4月30日，第二个国标《血管芯片通用技术要求》（GB/T 47486—2026）发布，其他类型器官芯片的国家标准随着研究和产业化的发展，估计也会陆续出来。

产业化也在迅速扩张，基础设施也搭起来了，钱也涌了进来，2022年中国类器官与器官芯片行业融资总额接近4亿元。从国家战略到融资落地，从国标出台到监管铺路，器官芯片在中国已经不只是实验室里的事了。

05

生物制造未来

总而言之，生物制造就像是人对大自然本身的一项逆向工程，它非常契合可持续发展的要求。在医疗、粮食、建筑、公共安全等领域，可能会带来巨大的变革。

今天聊的这些内容，很多出自麻省理工学院瑞图·拉曼教授的一本书Biofabrication,也出版了中文版，叫《生物制造》。书不厚，两百来页，把生物制造（主要是哺乳动物活细胞）是什么、能干什么、面临什么问题讲得很清楚。如果对这门技术感兴趣，这本书值得翻翻。

参考资料：

[1] ÖZKAN A, MERRY G E, CHOU D B, et al. Human inflammatory bowel disease-on-a-chip for modelling disease progression, cancer initiation and sex-specific effects [J]. Nature Biomedical Engineering, 2026,

[2] HUH D, MATTHEWS B D, MAMMOTO A, et al. Reconstituting Organ-Level Lung Functions on a Chip [J]. Science, 2010, 328(5986): 1662–8.

[3] ZHANG T, YANG S, GE Y, et al. Unveiling the Heart’s Hidden Enemy: Dynamic Insights into Polystyrene Nanoplastic-Induced Cardiotoxicity Based on Cardiac Organoid-on-a-Chip [J]. ACS Nano, 2024, 18(45): 31569–85.