發(fā)布日期：2017-08-30
近日，日本京都大學(xué)的整合細胞材料研究所（iCeMS）設(shè)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(dāng)前類似微流體裝置的一些問題，并為下一代臨床前藥物試驗提供了新的理念。這項研究于8月24日發(fā)表在Royal Society of Chemistry Advances上。
微流體設(shè)備代替動物進行前臨床試驗
現(xiàn)在，以抗癌劑為首的新醫(yī)藥品開發(fā)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(yīng)的情況很多，所以在臨床試驗中對藥效和毒性的預(yù)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(fā)變得很重要，要能再現(xiàn)藥劑與人類的反應(yīng)，并且可以不進行動物實驗。
京都大學(xué)的這項研究使用“微流體設(shè)備”實現(xiàn)了這種目的。使用這個裝置技術(shù)，可以模仿人類身體中的血管網(wǎng)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。
一張芯片上載有兩種連通培養(yǎng)的細胞
這種在一個芯片上對心臟/癌癥進行檢測的裝置（iHCC）是用來測試抗癌藥物阿霉素（doxorubicin）對心肌細胞的毒性的。由iCeMS的Ken-ichiro Kamei領(lǐng)導(dǎo)的研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)藥物本身沒有心臟細胞毒性時，藥物的代謝產(chǎn)物與癌細胞的相互作用會導(dǎo)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(tǒng)構(gòu)成一個測試床。設(shè)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(jié)果。
這樣的體系比細胞培養(yǎng)物更靈敏
研究小組首先用分別培養(yǎng)的心臟細胞和肝癌細胞測試阿霉素的影響。藥物對癌細胞具有抗癌作用，沒有造成心肌細胞損傷。
然后他們使用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。阿霉素被引入到細胞培養(yǎng)基中，通過連接兩個腔室的微通道閉環(huán)系統(tǒng)循環(huán)，模仿血液循環(huán)系統(tǒng)。這樣，藥物在通過兩個小室的連續(xù)循環(huán)中單向流動。
該團隊發(fā)現(xiàn)在癌癥細胞和心臟細胞中都出現(xiàn)毒性癥狀。他們推測阿霉素和癌細胞相互作用的代謝副產(chǎn)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(yǎng)的心臟細胞和肝癌細胞加入doxorubicinol后，發(fā)現(xiàn)它對心臟細胞而不是癌癥細胞有毒性。
當(dāng)阿霉素單獨添加到肝癌細胞中去時，產(chǎn)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(yǎng)基稀釋了代謝產(chǎn)物。
相反，當(dāng)阿霉素引入iHCC時，流經(jīng)微通道循環(huán)系統(tǒng)造成所需細胞培養(yǎng)基的體積很小，而代謝物不會被稀釋。因此，該藥通過其代謝產(chǎn)物對心肌細胞具有毒性作用。
這是一種新的設(shè)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(shè)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芯片上連接多種組織，并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(shè)備的功能在研究中得到證實，有著廣闊的前景。
來源：生物探索
