芯片上的人体加速医药研发

2012-09-05 08:00 · wenmingw

科学家在一块芯片上装置若干个微缩型的人体仿生器官,构成一个“芯片上的人体”系统。利用这种新技术,科学家可在实验室模拟人体生理系统,有助于更快速地准确预测药物和疫苗的疗效,毒性以及药物动力学,加快药物研发速度。

芯片上的人体 human body on a chip

英国牛津大学Isis科技创新衍生公司Zyoxel宣布将与美国麻省理工学院(MIT)研发人员、查尔斯•斯塔克•德拉普尔实验室(Charles Stark Draper Laboratory)以及马泰克公司(MatTek Corp.)合作开发芯片上的微型人体线路。该项目计划历时5年,其中美国国防部先进研究计划署(DARPA)将为其提供金额达2630万美元的资助。该项目旨在在一个单一的集成芯片上整合10组微型人体仿生器官,从而提供一个预测新药物和疫苗安全性的多功能平台。

Zyoxel公司所研发的技术意在提高临床预科药物检测效果并减少动物实验次数。

芯片上的人体加速医药研发

在医药研发中存在的一个最大问题可能就是:培养皿中的试验并不能代表真实的人体情况。

尽管为了解决此问题科学家们在实验室已经取得了长足的进展,但是人类身体的高度复杂性仍旧不可能依靠在真空中通过一些细胞,或者是在实验动物身上就能重现的。任何一个制药公司的药学师或工程师都会这样讲:研究一个新的治疗方法就是一场马拉松赛,而不是一场冲刺短跑。

不过这种状况也许不久将得到改变。MIT、国立卫生研究院(NIH)及DARPA正在合作开展的这个项目,计划开发一种新的技术,利用整合的、可交换式的人体组织构造,在实验室模拟人体的生理系统。这个系统有一个非正式的名称“芯片上的人体(human body on a chip)”

“芯片上的人体”系统将加速新药物的开发速度和效率,并提供快速检测不明物质毒性的方法。在芯片上共可装置10组的可交换式人体组织模组,从而更快速地准确预测药物和疫苗的疗效,毒性以及药物动力学。

领导这个项目的Linda Griffith教授说,我们已经找到了一种方法,可以利用小型泵、高分子材料和其他一些材料造出一个微缩版的肝脏。Linda Griffith教授表示,利用这种方法可以模拟血液在组织的流动,从而表现细胞实际反应的不同方式。

人体肝脏中肝细胞的作用方式与实验室中的作用方式大不相同,这是医药研发中的一个挑战。构建一个微型、具有真实肝脏所有特征的仿生肝脏后,通过更加完整地呈现人体中的治疗效果,则可能减少不可预测的不确定性结果。

DARPA对该项目非常感兴趣,因为该技术在流行病中具有应用潜力。Griffith教授表示,由于这种新的技术可以使新药研发在目前的基础上大大提速,因此对于应对疾病爆发的方法具有非常的大的影响。例如当一场流感爆发时,制药公司将不再需要花费几个月时间来研制并试验一种新药,利用这种新的技术,科学家可以快速地对药效以及副作用就行检测。

芯片上的器官代替动物实验

在生物学研究历史过程,动物实验发挥着重要且无法替代的作用。在现代药物开发中,动物实验也是必不可少的一个环节,但是动物实验的高成本、日渐强烈的争议,以及动物实验并不能完全反应药物在人体中真实情况的缺陷,促使生物技术科学家们一直在尝试寻找优秀的替代方法。

芯片上的人体 human body on a chip

芯片上的器官”技术似乎是一种比较完美的解决方案。哈佛大学怀斯研究所的研究人员经成功地制出了这样的“芯片上的器官”:一个跟拇指驱动器(或者说跟拇指)差不多大小的装置,含有活体细胞,可模拟人体器官的活动。

在药物测试方面,这种技术的优点显而易见:他们可以极高程度地模拟真正的人体测试,同时透明的芯片能让观测变得非常容易。当研究人员需要测试一种药物时,只需要将药物所含化合物加入芯片,再观察芯片中的肠道细胞(或是心、肺细胞)如何反应即可。

“芯片上的器官”技术可以帮助人们更好地了解和处理疾病。药物研发机构直接使用“器官芯片”进行测试就可以省去动物实验步骤,节省大量的时间和金钱,还避免了许多动物保护方面的道德问题。