器官芯片實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化藥物篩選
如何有效地篩選藥物一直是制藥業(yè)和臨床治療的難題。近日，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Yu Shrike Zhang團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種新型的帶有多功能嵌入式傳感器的器官芯片，首次通過微型顯微鏡、生物物理傳感器及電化學(xué)免疫傳感器等融合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)藥物作用的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和篩選，例如抗癌藥物對(duì)于肝癌組織的療效以及同樣藥物對(duì)于正常心肌組織的副作用。
由于與人體功能相關(guān)性相對(duì)較差，傳統(tǒng)基于二維靜態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)以及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)篩選藥物的方法成功率很低，通常不到10%。此外病人之間的個(gè)體差異直接導(dǎo)致藥物作用的不均一性和治療方案的不準(zhǔn)確性，即同一種藥物對(duì)于不同病人所產(chǎn)生的效果往往會(huì)不同，甚至相差極大。為了解決這些問題，精準(zhǔn)醫(yī)療的概念近期得以提出。精準(zhǔn)醫(yī)療的模式是以每一個(gè)人的生活環(huán)境、生活方式以及基因等因素作為依據(jù)，來定制最優(yōu)的醫(yī)療方案。
想要達(dá)到藥物合成和使用的精準(zhǔn)性，傳統(tǒng)的藥物篩選方法顯然無法滿足，器官芯片這一新興的技術(shù)近期逐漸被科學(xué)家們采用。器官芯片發(fā)展于21世紀(jì)早期，與傳統(tǒng)二維細(xì)胞的培養(yǎng)不同，器官芯片普遍使用具有結(jié)構(gòu)性的微型三維人體細(xì)胞體外培養(yǎng)，達(dá)到與人體內(nèi)器官或組織結(jié)構(gòu)的高度相似性，進(jìn)而在體外模擬其功能。功能上的提升也自然提高了這些體外器官模型對(duì)藥物篩選的精確性，這些不同的器官芯片以特定的形式串聯(lián)之后，能夠最大限度地模擬人體血液循環(huán)，貫通不同器官的通路，從而取得對(duì)人體藥物有效性、藥物代謝動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)等多種參數(shù)的預(yù)測(cè)。
真正能實(shí)現(xiàn)器官芯片技術(shù)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的監(jiān)測(cè)，從而在未來藥物篩選領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的則是器官芯片與生物分析技術(shù)一體化。正如病人平時(shí)會(huì)定期做心率、血壓、抽血化驗(yàn)、醫(yī)學(xué)成像等檢查一樣，器官芯片的運(yùn)作及對(duì)藥物的反應(yīng)亦得利于各項(xiàng)分析技術(shù)的整合。Yu Shrike Zhang團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新型整合多種嵌入式傳感器的器官芯片，首次通過微型顯微鏡、生物物理傳感器以及電化學(xué)免疫傳感器等融合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)藥物作用長(zhǎng)期自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)與篩選?；谶@套帶有傳感器的器官芯片平臺(tái)，抗癌藥物對(duì)于人源肝癌組織的殺傷性以及對(duì)正常心肌組織的副作用得以被實(shí)時(shí)監(jiān)控，這些功能在既有器官芯片系統(tǒng)中是無法實(shí)現(xiàn)的。這一成果近期發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences USA 上。
該論文作者為：Zhang YS, Aleman J, Shin SR, Kilic T, Kim D, Shaegh SAM, Massa S, Riahi R, Chae S, Hu N, Avci H, Zhang W, Silvestri A, Manbohi A, Polini A, Calzone G, Shaikh N, Sanati A, Alerasool, P, Bhise N, Budina E, Pourmand A, Skardal A, Shupe T, Bishop C, Dokmeci MR, Atala A, Khademhosseini A
文獻(xiàn)：
Multi-Sensor-Integrated Organs-on-Chips Platform for Automated and Continual in situ Monitoring of Organoid Behaviors.
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2017, 114, E2293–E2302, DOI: 10.1073/pnas.1612906114
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標(biāo)簽: 器官芯片