专访耀速科技(Xellar)：利用器官芯片与高内涵图像技术，参与制定FDA新药审批行业新标准

FDA长期以来一直致力于促进药物研发新技术的开发和使用，器官芯片技术作为最有前景的对体内模型的补充替代方案，在过去的十余年间得到了迅猛发展，经历了广泛的科研与临床验证，体现出了其在药物测试中独有的优势和准确性。

然而，面对传统器官芯片存在通量及自动化等问题，以及器官芯片产生的大量数据和信息，结合引入其他技术将帮助在食品安全、药物安全，和药物研发领域更大释放价值。

于2021年底在美国波士顿创立的耀速科技（Xellar Biosystems），是全球首家利用器官芯片结合高内涵三维（3D）细胞成像和人工智能（AI）进行药物发现的 “3D-Wet-AI” 生物科技初创公司。

耀速科技将高通量器官芯片，细胞形态学和包括空间转录组学在内的多组学分析方法，与计算机视觉技术相结合，力图提供更准确的疾病和药效评估模型的同时，利用大规模高通量的器官芯片系统自动化地产生细胞三维高内涵生物图像，构建出细胞形态、基因簇，和化合物结构之间相互作用的复杂网络，进行老药新用（Drug Repurposing）与新药预测和开发。这过程中，耀速将原本应用于宇宙深空探索的星云图像分析技术，也用来细致观察微观尺度下的细胞状态与结构，帮助人们对疾病进行认知、探索和诊断。

近期，动脉新医药访谈了公司联合创始人和CEO谢鑫博士，他向我们详细介绍了这支跨多学科的国际复合型团队，如何推进器官芯片与计算机视觉（CV）技术的结合应用，让数据为制药模式创新服务。

器官芯片领域知识密集、极富创新，从国际最顶尖高校、研究所衍生而出的公司是赛道主力；但作为新技术范式，也需要让市场看到产业转化成果，一些器官芯片公司在成长到中期时开始引入外部高管。

在器官芯片技术的开发应用中，观察甚至影响FDA决策是至关重要的。一直以来，FDA都在和药物研发企业在共同推动利用器官芯片技术来改善用于预测新药对人体是否安全和有效的审批过程，并制定以及优化调整器官芯片的相关标准。

同时具有科学家精神和企业家精神，兼顾交叉前沿技术、政策合规与客户需求的团队非常稀缺，而耀速科技就是这样一支具有复合背景的创新公司。

公司联合创始人和CEO谢鑫博士在创立公司前，在器官移植领域全球头部创新医疗器械研发公司 TransMedics担任生物医学工程兼系统工程方向负责人，带领团队进行器官移植方向FDA三类医疗器械的研发工作，包括人体器官的体外治疗与再生等。在这之前，谢鑫在哈佛大学器官芯片领域最负盛名的实验室之一工程化生命系统实验室进行博士后的科研工作，主要方向为器官芯片，微尺度下的体外类生理环境的构建和生物传感器的开发。

耀速科技联合创始人和CEO谢鑫博士 

耀速科技的生物系统负责人白海清博士在公司带领生物团队进行生物技术和临床前模型开发，白海清曾在哈佛大学Wyss研究所，师从器官芯片领域开创人Donald Ingber教授。今年2月，Donald Ingber的实验室利用肺器官芯片快速筛选出并锁定了一款已上市药物在治疗新冠病毒 COVID-19和慢性阻塞性肺病 (COPD) 等疾病中的特殊疗效。相关专利被授权给了一家制药公司 Cantex Pharmaceuticals，用于后者向美国 FDA 申请二期临床许可。这是首次基于器官芯片的数据用于 FDA 临床新药 (IND) 申报，白海清正是该项工作的主要完成人。巧合的是，白海清的这项工作和谢鑫的另一项关于肺芯片的研究工作曾于去年同一天分别发表在了《自然生物医学工程》（Nature BME）和《美国国家科学院院刊》（PNAS）。

此外，麻省理工学院人工智能实验室（CSAIL）的Polina Golland教授是用计算机视觉分析细胞形态学方向的开创人，与在哈佛大学医学院从事器官芯片和再生工程领域研究的Y. Shrike Zhang教授均是公司的科学技术顾问。团队同时也保持着与哈佛大学Wyss研究所Donald Ingber教授的紧密合作。

尽管耀速科技成立只有一年时间，但其创始团队成员均已在器官芯片相关行业深耕近10年。坐拥学术界和产业界对器官芯片技术的双重视角，以及和FDA打交道的丰富经验，耀速科技从一开始就行驶在了最优道路上。

谢鑫博士介绍：“FDA不断进化自己对新模型的需求，包括类器官和器官芯片，以及AI和计算模型等。如果有新模型帮助在药物研发方面提供更准确的数据，FDA是非常乐于接纳的。”

今年10月，美国国会参议院无异议地通过了FDA现代化法案2.0，该法案最重要的目标就是取消在药物开发过程中强制性的动物实验。耀速科技与Donald Ingber教授一道，共同参与推动了该法案在国会的通过。

“耀速团队在这个行业多年的深耕，使得我们非常清楚什么才是真正的需求和正确的切入点。”谢鑫博士总结道。

器官芯片和机器学习结合是不争的趋势，但具体到与CV技术相结合，耀速科技尚属首家。

据介绍，耀速科技将高通量器官芯片与基于细胞形态学的计算机视觉技术相结合，力图提供更准确的疾病和药效评估模型的同时，利用大规模器官芯片自动化产生细胞三维生物图像。

谈到为何选择这一方向，谢鑫博士做了一个宏观与微观的对比。

“人类最尖端的科技通常都是被用来发展航空航天事业，卫星和天文望远镜技术，包括天文图像的分辨率和拍摄的内容的信息量，在过去的40年里进步了百倍还不止，人类也在用最先进的机器学习算法来通过分析这些星云。我们仔细观察细胞图像的话，会发现细胞和星云有惊人的相似度。”

“生物学中有着丰富的信息，颜色、大小、质地、形状，以及空间位置等，也可以像分析天文图像一样，探寻细胞中隐藏的各种生物信息。CV技术能够帮助观察健康细胞与疾病细胞之间极其细微的差异。”

为了获取更细节和更丰富的细胞形态，耀速科技运用了一项其科学导师在MIT发明的新的细胞染色技术，通过运用6种荧光染料，对多达7种亚细胞结构进行特征分析，然后高通量提取具有丰富定量的细胞器形态信息，不仅仅能观察细胞形态，还能像做X光一样穿透细胞，看到细胞结构中的问题。

“我们会给每一个细胞提取超过1500个特征点的定量化描述矩阵。当我们有数以亿计甚至是万亿计的细胞层和图像的数据的时候，这个时候AI、机器学习算法就可以大展身手。”谢鑫说到。

数据的增长促进机器视觉算法的进步，两者可以形成飞轮效应，有望加速后续结果产出，还可能带来关于适应症与通路、靶标间新的生物学认知。

总结来说，图像信息的数据相比于其他组学产生的高维数据集密度更高，成本更低。并且可以在无预先假设和人为干扰的情况下更客观地反映疾病的状态，从而找出最具潜力和最有希望的药物候选。

基于这样的技术路线，耀速科技并不定位于器官芯片耗材供应商，抑或是给药厂做测试服务的CRO公司，而是一种新的pharma tech公司。

在发展道路上，耀速科技常被类比为是一个3D版的Recursion。Recursion是于2021年IPO的一家总部位于美国犹他州的临床阶段生物技术公司，成立于2013年，运用计算机视觉技术来处理细胞图像，通过对细胞进行超乎寻常的细致检查，以及和机器自动化与AI结合，Recursion对一个细胞的上千种特征进行测定，比如细胞核的尺寸、形状或者不同细胞内区域间的距离，从而评估疾病细胞药后反应结果。Recursion的实验室每周可以进行150万次实验，并已经找出15种治疗罕见疾病的候选药物。由于细胞在器官芯片的3D维度下能够传递更多和表达更准确的真实药效信息，因此耀速模式也被认为是更高一维度的药物开发新路径。

耀速科技在业务模式上布局了六大方向，其中包括药物肝毒性测试，和一些尚无良好模型的肝脏和呼吸系统疾病模型开发，以及更加前沿方向的基因治疗如腺相关病毒（AAV）领域应用等。

除此之外，耀速科技还在和哈佛大学进行器官芯片血管化项目的合作。此外，耀速作为唯一一家器官芯片系统公司，受邀加入一个由数十家头部药企、科技巨头发起，美国FDA、EPA共同参与的关于开发下一代临床前药物毒性预测工具的合作项目。该项目利用多样化的临床前模型，来开发和验证基于图像的下一代化合物或药物对人体毒副作用的评估工具。高通量的器官芯片药物测试工作会在耀速科技的肝脏芯片系统上进行，届时将有大量的细胞图像数据产出，并会共同制定相关行业标准。

数据集将是耀速科技宝贵的价值和优势，就如同亚马逊、Netflix一样，基于数据集打造构建、学习和迭代的正向循环，成为行业中最富影响力的公司。

今年8月，耀速科技宣布完成了由君联资本领投的千万美元级天使轮融资。公司正在打造一支跨学科的复合型国际研发人才队伍，耀速科技目前60%以上的员工拥有博士学位，团队成员拥有平均5年以上的工业界一线工作经验，以确保能够以产品开发为导向。公司位于美国的研发团队规模将在明年翻倍，继续探索开发器官芯片、计算机视觉与人工智能在药物研发领域的工业化应用与前沿新技术。据了解，耀速科技正在进行新一轮融资，用于扩充人才队伍，扩大产能和测试通量，以及亚太地区总部的建立。

如果说器官芯片等新模式的出现和推广是技术发展的必然，那么器官芯片和机器学习算法等的应用结合也是必然，这将帮助人们对疾病进行认知、探索和诊断，制药模式也将更精准、更高效，这正是技术进步的价值和魅力。