發(fā)布日期：2017-08-30
近日，日本京都大學(xué)的整合細(xì)胞材料研究所（iCeMS）設(shè)計(jì)出了可以測(cè)試藥物對(duì)人類細(xì)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(yàn)提供了新的理念。這項(xiàng)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(dòng)物進(jìn)行前臨床試驗(yàn)
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(fèi)用和長(zhǎng)期的時(shí)間。這些原因中，特別存在問題的是前臨床試驗(yàn)。在進(jìn)行臨床試驗(yàn)前的前臨床試驗(yàn)中，有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的藥效評(píng)價(jià)、毒性評(píng)價(jià)試驗(yàn)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(yàn)中對(duì)藥效和毒性的預(yù)測(cè)也很難。另外，使用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，涉及動(dòng)物保護(hù)、倫理上也成為問題。因此新的試驗(yàn)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(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。
京都大學(xué)的這項(xiàng)研究使用“微流體設(shè)備”實(shí)現(xiàn)了這種目的。使用這個(gè)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(gè)裝置上，搭載了與人類來源的癌細(xì)胞和正常的心肌細(xì)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(xì)胞
這種在一個(gè)芯片上對(duì)心臟/癌癥進(jìn)行檢測(cè)的裝置（iHCC）是用來測(cè)試抗癌藥物阿霉素（doxorubicin）對(duì)心肌細(xì)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(xì)胞毒性時(shí)，藥物的代謝產(chǎn)物與癌細(xì)胞的相互作用會(huì)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(gè)小室；每?jī)蓚€(gè)由一系列的入口和閥門、通道連接。氣動(dòng)泵控制流體在通道中的流動(dòng)。每?jī)蓚€(gè)室和各自的微通道系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)測(cè)試床。設(shè)備中存在三個(gè)測(cè)試床，就允許在每個(gè)床上引入微小的變化，以便同時(shí)比較結(jié)果。
這樣的體系比細(xì)胞培養(yǎng)物更靈敏
研究小組首先用分別培養(yǎng)的心臟細(xì)胞和肝癌細(xì)胞測(cè)試阿霉素的影響。藥物對(duì)癌細(xì)胞具有抗癌作用，沒有造成心肌細(xì)胞損傷。
然后他們使用iHCC裝置來測(cè)試。心臟細(xì)胞被放置在一個(gè)腔室中，肝癌細(xì)胞被放置在另一個(gè)。阿霉素被引入到細(xì)胞培養(yǎng)基中，通過連接兩個(gè)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(gè)小室的連續(xù)循環(huán)中單向流動(dòng)。
該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在癌癥細(xì)胞和心臟細(xì)胞中都出現(xiàn)毒性癥狀。他們推測(cè)阿霉素和癌細(xì)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(cè)試這點(diǎn)，他們向分別培養(yǎng)的心臟細(xì)胞和肝癌細(xì)胞加入doxorubicinol后，發(fā)現(xiàn)它對(duì)心臟細(xì)胞而不是癌癥細(xì)胞有毒性。
當(dāng)阿霉素單獨(dú)添加到肝癌細(xì)胞中去時(shí)，產(chǎn)生的doxorubicinol量太小，而不會(huì)對(duì)心肌細(xì)胞有毒性。該小組認(rèn)為，這是因?yàn)樵囼?yàn)所需量的細(xì)胞培養(yǎng)基稀釋了代謝產(chǎn)物。
相反，當(dāng)阿霉素引入iHCC時(shí)，流經(jīng)微通道循環(huán)系統(tǒng)造成所需細(xì)胞培養(yǎng)基的體積很小，而代謝物不會(huì)被稀釋。因此，該藥通過其代謝產(chǎn)物對(duì)心肌細(xì)胞具有毒性作用。
這是一種新的設(shè)計(jì)理念
該裝置還需要進(jìn)一步改進(jìn)，但這項(xiàng)研究表明，在昂貴的臨床試驗(yàn)之前，這種設(shè)計(jì)理念可以用來研究抗癌藥物對(duì)心臟細(xì)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(rèn)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(gè)“人體模型”新設(shè)備的功能在研究中得到證實(shí)，有著廣闊的前景。
來源：生物探索
