模擬人體的晶元可代替動物進行前臨床試驗

日本京都大學的整合細胞材料研究所（iCeMS）設計出了可以測試藥物對人類細胞副作用的body-on-a-chip裝置。該裝置解決了當前類似微流體裝置的一些問題，並為下一代臨床前藥物試驗提供了新的理念。這項研究於8月24日發表在Royal Society of Chemistry Advances上。

微流體設備代替動物進行前臨床試驗

現在，以抗癌劑為首的新醫藥品開發有很多困難，需要巨額的費用和長期的時間。這些原因中，特別存在問題的是前臨床試驗。在進行臨床試驗前的前臨床試驗中，有實驗動物的藥效評價、毒性評價試驗等。但是，顯示出與人類不同反應的情況很多，所以在臨床試驗中對藥效和毒性的預測也很難。另外，使用實驗動物，涉及動物保護、倫理上也成為問題。因此新的試驗法的開發變得很重要，要能再現藥劑與人類的反應，並且可以不進行動物實驗。

京都大學的這項研究使用「微流體設備」實現了這種目的。使用這個裝置技術，可以模仿人類身體中的血管網和組織。在這個裝置上，搭載了與人類來源的癌細胞和正常的心肌細胞，而且組織之間可以連接。

一張晶元上載有兩種連通培養的細胞

這種在一個晶元上對心臟/癌症進行檢測的裝置（iHCC）是用來測試抗癌藥物阿黴素（doxorubicin）對心肌細胞的毒性的。由iCeMS的Ken-ichiro Kamei領導的研究人員發現當藥物本身沒有心臟細胞毒性時，藥物的代謝產物與癌細胞的相互作用會導致其有毒性。

該裝置比顯微鏡載玻片還要小一些。它包含六個小室；每兩個由一系列的入口和閥門、通道連接。氣動泵控制流體在通道中的流動。每兩個室和各自的微通道系統構成一個測試床。設備中存在三個測試床，就允許在每個床上引入微小的變化，以便同時比較結果。

這樣的體系比細胞培養物更靈敏

研究小組首先用分別培養的心臟細胞和肝癌細胞測試阿黴素的影響。藥物對癌細胞具有抗癌作用，沒有造成心肌細胞損傷。

然後他們使用iHCC裝置來測試。心臟細胞被放置在一個腔室中，肝癌細胞被放置在另一個。阿黴素被引入到細胞培養基中，通過連接兩個腔室的微通道閉環系統循環，模仿血液循環系統。這樣，藥物在通過兩個小室的連續循環中單向流動。

該團隊發現在癌症細胞和心臟細胞中都出現毒性癥狀。他們推測阿黴素和癌細胞相互作用的代謝副產物——doxorubicinol，是造成毒性作用的原因。

為了測試這點，他們向分別培養的心臟細胞和肝癌細胞加入doxorubicinol後，發現它對心臟細胞而不是癌症細胞有毒性。

當阿黴素單獨添加到肝癌細胞中去時，產生的doxorubicinol量太小，而不會對心肌細胞有毒性。該小組認為，這是因為試驗所需量的細胞培養基稀釋了代謝產物。

相反，當阿黴素引入iHCC時，流經微通道循環系統造成所需細胞培養基的體積很小，而代謝物不會被稀釋。因此，該葯通過其代謝產物對心肌細胞具有毒性作用。

這是一種新的設計理念

該裝置還需要進一步改進，但這項研究表明，在昂貴的臨床試驗之前，這種設計理念可以用來研究抗癌藥物對心臟細胞的毒性副作用。這是世界上第一例在晶元上連接多種組織，並確認有相互作用的成功例子。這是人類體外藥劑模仿的模型，這個「人體模型」新設備的功能在研究中得到證實，有著廣闊的前景。

參考資料

本網站所有註明「來源：生物探索」的文字、圖片和音視頻資料，版權均屬於生物探索所有，其他平台轉載需得到授權。本網所有轉載文章系出於傳遞更多信息之目的，且明確註明來源和作者，不希望被轉載的媒體或個人可與我們聯繫(editor@biodiscover.com)，我們將立即進行刪除處理。所有文章僅代表作者觀點，不代表本站立場。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！