血管化肿瘤器官芯片技术规范-编制说明

中国生物医学工程学会团体标准根据中国生物医学工程学会2024年第二批团体标准制安徽骆华生物科技有限公司、中国科学技术大学、安徽中医药大学、滨州医学院、合肥医工医药股份有限公司、武汉贝赛模式生物科技有限公司血管化肿瘤器官芯片技术规范精准治疗时代，肿瘤体外药敏预测作为个体化治疗的重要研究方向。近年来，肿瘤类器官技术取得重要进展，在多个癌种中均开发出预测患者对于药物抗癌疗效的体外模型。尽管人们在探索癌症生物学和开发抗癌疗法方面付出了巨大的努力，但建立高效的体外肿瘤微环境，探索筛选抗癌药物、揭示癌症本质和开发治疗方法的有效模型仍是现阶段癌症研究面临的主要挑战。一方面，依靠动物实验获得临床前数据来预测药效存在种属间差异和预测偏差的问题。另一方面，通过培养皿和孔板形成的2D/3D细胞培养体系缺乏组织间的相互作用，存在生理功能不完整的缺陷。所以，不论是动物实验还是传统体外实验，都很难准确预测药物在人体中的行为，模型的局限性也阻碍了基础研究成果向临床应用的转化。新兴器官芯片的涌现为体外肿瘤微环境构建提供了一种全新的技术平台，可再现体内肿瘤的关键结构和功能特征，深入了解肿瘤进化的机制，实现抗癌药物精准筛选和肿瘤治疗新策略开发。用于血管化早期肿瘤研究的器官芯片，采用微流控芯片与肿瘤类器官技术，通过在微流控芯片上形成的血管系统中培养肿瘤细胞球，从而体外模拟体内血管化肿瘤的生长、侵袭和转移。肿瘤的生长、发展、转移取决于新血管的形成，随着肿瘤体积的增大，新的血管系统需要为不断增长的恶性肿瘤提供血流和营养，这一过程称为血管生成。肿瘤血管生成已成为基础和临床研究的热点。我们利用器官芯片技术构建了一个更具生化、更复杂性的肿瘤微环境，从而在可灌注微血管的情况下探测肿瘤的生长/死亡，进而增强癌症药物筛选的预测能力。用于血管化早期肿瘤研究的器官芯片是多研究领域融合的结果，一套完整的器官芯片体系，涉及微流控、组织工程、微电子、干细胞、检测技术等多项技术，被广泛应用于生命科学研究、疾病模拟和新药研发等领域。目前已开发出多种可灌注微血管模型，根据其制作方法主要可分为模板、3D打印和自组织。这些模型在复杂性和生理相关性方面各不相同，但为研究血管现象和血管化人工器官的方法提供了多样化的平台。血管芯片已经广泛应用于血管内皮生物学、疾病建模及药物发现相关的研究。在过去的几十年中，微流体技术和组织工程的进步诞生了多种血管化模型及肿瘤器官芯片模型，将肿瘤类器官芯片与体外血管化方法相结合，可重现肿瘤微环境的一些关键特征（例如，癌症转移级联，动态血流，细胞-细胞和细胞-ECM相互作用）并能够模拟肿瘤患者反应，可以产生准确的肿瘤代表模型，是有望取代传统模型的实验模型。用于血管化早期肿瘤研究的聚二甲基硅氧烷（PDMS）器官芯片因其微型化、通量高、集成化、消耗小等优势，在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和前景。最重要的是，它可以模拟小型器官中的复杂组织，在人体组织培养能力、成本以及伦理和公众关注方面，已被证明是动物模型的更好替代方案。目前，用于血管化早期肿瘤研究的器官芯片已实现量产及商品化，在商品用器官芯片的制作过程中，与现有设备的兼容性以及其标准化将是器官芯片能够被广泛利用的重要因素，但目前国内暂无相关国家、行业标准，检测具有特异性，只能自身比较，缺乏横向比较，因此亟需制定统一的标准，以实现产品的指标统一，以期达到产品的标准化、易用性、重现性等。2024年6月，安徽骆华生物科技有限公司向中国生物医学工程学会提出该团体标准的立项申请，2024年7月确认正式立项。由安徽骆华生物科技有限公司、中国科学技术大学、安徽中医药大、滨州医学院、合肥医工医药股份有限公司、武汉贝赛模式生物科技有限公司组成的标准起草工作组接到任务后，调查收集国内外相关标准和资料，确定本标准制的范围和原则。2024年8月，起草组通过线上讨论，完成了标准讨论稿；2024年9月，起草小组在前期开展工作的基础上，依据标准讨论稿制定了试验大纲，并于2024年10月完成对标准草案的技术验证，形成标准的技术验证报告；2024年11月，依据技术验证报告，完成了标准征求意见稿，现向各有关单位征求意见。中国科学技术大学、安徽中医药大学、滨州医学院、合肥医工医药股份有限公司、武汉贝赛模式生物科技有限公司血管化肿瘤器官芯片的结构型