嘿，有个新招把动物实验给省了，用一张“变色薄膜”，给心脏芯片，让新药一下就能被识别出来。2018年3月29日，这项成果刊登在《Science Robotics》杂志封面。这篇论文是由中国东南大学生物医学工程学院的赵远锦课题组完成的，没有任何风投的介入，也没有其他合作机构。美国高校在肺、肠、肝等器官芯片领域已经做得不错了，不过心脏芯片还停留在概念阶段呢。这次东南大团队把“结构色传感”和“微生理可视化”结合起来，让中国在这个细分领域第一次领跑。他们把灵感来源比喻成变色龙一样的变色薄膜，心肌细胞种在这层薄膜上后就会跟着搏动颜色变化。赵远锦说这次研究成果把新药研发的周期给大大缩短了。 首先，“反蛋白石结构水凝胶”被运用于实验室里。这种材料本身无色却能在光线下反射出结构色，“给薄膜穿上了会呼吸的衣服”。每当心肌细胞跳动时薄膜就伸缩一下，颜色也随之起伏，于是就诞生了活体结构色水凝胶。这种材料被集成进微流控芯片里就成了心脏芯片。 这个芯片如何识别心跳呢？每一次颜色变化都是一次数据读出。简单来说就是通过入射光和薄膜厚度、折射率共同决定颜色的原理。心肌细胞每次收缩就会让薄膜绷紧或者放松一点。这时候厚度微变→折射率微变→颜色微变。这个系统把本来只能靠电极记录的电信号转化成了肉眼可见的色卡。“就像把心电图穿在了身上。”课题组成员比喻道。 赵远锦说他们统计过同样浓度药物在芯片和动物身上表现出毒性反应的时间点几乎重合。心脏芯片能把整个过程从动物试验到临床前试验直接缩短到30分钟左右，“成本仅仅是动物试验的1/20”。 传统路径是化合物先给小鼠试用再给猴子试用最后才进行人体Ⅰ期临床试验。“平均耗时8到10年”，成本还要好几亿美元。而用了这个心脏芯片后流程就变成了化合物直接进入芯片进行测试，“颜色反馈就能给出毒性分级”。 而且心脏芯片还解决了一个关键问题：种属差异。这次用的是人类诱导多能干细胞分化出来的心肌样细胞。“从源头就规避了种属差异”，所以数据直接迁移到人体成为可能。 全球每年发布的新化学实体大约有十万种左右，“最终能走向临床的不足1%”。原因就是动物试验的门槛太高，“卡脖子”环节太多。 这个新方法评估流程大大提前了：“新化合物滴上去30分钟内就能通过颜色变化给出毒性提示”，“一次扫描生成剂量-反应-颜色三维曲线”。 他们还做了阳性药物对比算法自动推荐下一步优化方向。赵远锦说这个方法把新药筛选从“大海捞针”变成了“按图索骥”。 最后他提到：“风投们追着概念跑的时代已经过去”，“下一步要让实验室里的薄膜走进药厂、CRO和医院”，“让每一次颜色变化都变成一张新药上市通行证”。