研究人員使用3D列印創建有機體，以監測體內片上系統的藥物測試！

晶元上的器官是微生物系統，是可以模擬活組織的結構和功能的小細胞培養晶元。器官晶元在藥物測試方面是有幫助的，有一天甚至可以使動物測試成為非必需品。然而，這些小型系統並不是萬無一失的，而且測試身體如何對藥物進行反應並對藥物作出反應同樣重要，就像測試個體器官本身一樣重要。維克森林再生醫學研究所（WFIRM）的科學家與維克森林浸會醫學中心一起使用3D列印技術，創造出可用於新葯檢測的微心臟、肝臟和肺部。然後將這些微型3D器官或組織結合在被稱為晶元上的受監測系統中，因此研究人員可以複製人體如何整體響應藥物。

除了推進個性化醫藥，增加藥物發現和減少動物測試外，WFIRM對身體工作的目標是降低製藥公司在處理這些藥物時90％的失敗率，以及重新開發新的藥物所需的約為20億美元的花費。

研究所所長、多機構項目高級研究員Andthony Atala表示：「迫切需要改進系統來準確預測藥物、化學物質和生物製劑對人體的影響。」

目前，新藥物在實驗室對人體細胞進行篩選，篩選後對動物進行檢測。然而，兩者都沒有提供藥物化合物如何影響人體器官的準確表示。研究小組最近在「科學報告」中發表了一篇研究論文，合著者包括Aleksander Skardal、Sean V. Murphy、Mahesh Devarasetty、Ivy Mead，Hyun-Wook Kang、Young-Joon Seol、Yu Shrike Zhang、Su-Ryon Shin、Liang Zhao、Julio Aleman、Adam R. Hall、Thomas D Shupe、Andre Kleensang、Mehmet R. Dokmeci、Sang Jin Lee、John D. Jackson、James J. Yoo、Thomas Hurting、Ali Khademhosseinl、Shay Soker、Colin E. Bishop和Atala。

摘要說：「幾乎沒有設計的模型系統，包括越來越多的有機體和器官上的平台，迄今為止反映了人體的交互性。為了應對這一挑戰，我們開發了一系列生物工程組織有機體和組織結構，它們集成在閉合循環灌注系統中，促進器官間反應。我們描述了由肝臟、心臟和肺組成的三組織器官晶元系統，並突出了藥物給葯的器官間反應的實例。我們觀察到依賴於組織間相互作用的藥物反應，說明多種組織整合的價值，用於體外研究與候選藥物相關的功效和副作用。」

該團隊設計了3D組織，並將它們連接在一個平台上，以監控其功能。使用人體組織中發現的細胞類型，用3D列印技術和其他製造方法製造器官結構。該團隊選擇製造肺部，因為它們是氣溶膠藥物和有毒顆粒的「進入點」，心臟和肝臟因為它們的毒性「是候選藥物失敗和藥物回憶的主要原因」。

一旦研究人員將有機體置於密封系統中，用相機實時監測，他們就用藥物來檢驗其與真實器官的相似性。使用在整個系統中循環以保持組織不會死亡的營養物質的液體用於添加藥物療法，例如向微肝給予高劑量的常見止痛劑，然後科學家引入第二種藥物以抵制第一種藥物的毒性作用。

該研究的主要作者Skardal博士也是助理教授，他解釋說：「數據顯示對藥物有顯著的毒性反應以及治療緩解，準確反映了人類患者的反應。」

新的候選藥物，甚至被批准的藥物，在藥物甚至不能靶向的器官和組織中都可能有毒副作用，這就是為什麼科學家們還試驗了片上系統來確保它將複製真正的多器官反應。

「例如，如果您只在肝臟中篩選藥物，您就不會再看到其他器官的潛在副作用了。通過使用多組織器官晶元系統，您可以希望在藥物開發過程的早期發現有毒的副作用，這可以挽救生命。「Skardal說。

該團隊將一種癌症治療藥物引入已知導致肺瘢痕的系統。雖然用藥物和微心臟的對照實驗沒有顯示副作用，但是當在片上體內測試藥物時，其對組織細胞具有毒副作用，並且微心臟最終停止跳動。

Skardal說：「這是完全意想不到的，但它是在藥物開發流程中可以發現這種系統的副作用。」

其他研究團隊將來自不同器官的細胞合併成類似的系統，但這個項目是第一個使用更高功能和更準確的3D器官結構的成功項目。WFIRM研究人員正在加快大規模藥物篩選系統的開展工作，並增加更多器官，並提交了多項專利申請。

「最終，我們期望展示一個包含人體內許多關鍵功能器官的片上系統的實用性。該系統有潛力進行先進的藥物篩選，也可用於個性化醫學，以幫助預測個體患者對治療的反應，」Atala說。

據悉，該項目由防禦威脅減免機構資助。

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