肿瘤药物研发的挑战与新机遇

在肿瘤药物研发过程中，临床前研究与成功的临床试验之间存在着显著的鸿沟。这一现象成为了肿瘤药物发现面临的最大障碍，肿瘤领域的临床试验成功率异常低。虽然多数疾病相关药物的批准率徘徊在10%-20%之间，肿瘤药物的批准率却仅为5%，这在很大程度上归因于临床前的成功难以转化为实际的临床益处。此外，制药公司在新药开发上的投入也在不断上升，研究数据显示，FDA每批准一个新的肿瘤药物所需费用高达26亿美元。

肿瘤药物开发失败率高的主要原因在于缺乏有效的预测模型。尽管活体动物模型（如患者源性异种移植，PDX）提供了一定的视角，但其无法再现肿瘤微环境，无法在模拟人类疾病方面发挥充分的转化医学价值。同时，动物模型的伦理争议日益增多。另外，传统的二维（2D）体外模型存在明显局限，缺乏肿瘤组织的重要成分，如血管、细胞外基质与间质细胞，致使其在研究上受到限制。

虽然肿瘤球和类器官等三维（3D）组织模型的应用有所增加，但大多数3D体外模型同样缺乏全面的组织微环境，如免疫成分或血管化。相比之下，器官芯片模型能够有效模拟肿瘤细胞、基质成分与免疫系统之间的相互作用，通过再现真实的肿瘤微环境（TME），弥补了简单的2D培养与复杂动物研究间的差距，从而更好地进行药物渗透、有效性及毒副作用的评估。

器官芯片与血管化模型的应用

肿瘤组织在患者体内的快速生长需要丰富的营养物质，从而形成复杂的血管网络。因此，通过抑制血管生成来抵抗肿瘤，抗血管治疗——无论是单独使用还是与其他治疗结合——逐渐成为一些实体瘤（例如肝癌、结直肠癌）临床实践的关键手段。目前，传统的2D体外模型无法有效模拟血管生成过程，而PDX模型由于物种差异而面临局限，3D类器官模型则主要由上皮细胞构成，尚缺乏血管化特征。

为了解决这一问题，研究者们开始利用高通量无膜屏障的器官芯片构建体外血管化模型，并探索通过这一模型进行促血管生成和抗血管生成药物的研究。该芯片通过整合血流灌注与生化浓度梯度，成功构建生理性血管出芽与微血管形成模型，展现了良好的可行性。

高通量无膜屏障芯片的优势

在高通量无膜屏障芯片上构建的微血管模型采用了独特的液体控制技术，以实现物质与信号的无障碍交互。该芯片设计为384孔板大小，包含40个独立操作的微流控单元，每个单元由三个通道组成，可以灵活实现多种类型细胞和组织的空间分布与共培养。此外，该技术已成功构建血管化与免疫化等复杂模型，配合摇摆灌注仪实现动态培养，满足营养物质的充分交换。

研究表明，该高通量无膜屏障芯片不仅降低了实验的复杂性和成本，还便于实现大规模生物模型构建，为药物开发和筛选提供了新的平台。对于生物医学研究而言，尤其是在肿瘤微环境的探索以及药物筛选方面，这一技术展示了极大的潜力。

结语

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